Способ регулирования теплового состояния доменной печи Советский патент 1985 года по МПК C21B5/00 

11 Изобретение относится к черной ме таллургии и может быть использовано для регулирования теплового режима доменных печей. Целью изобретения является экономи кокса и повышение производительности доменной печи за счет поддержания теплосодержания дутья на максимальном уровне. Способ осуществляют следующим образом. Тепловое состояние доменной печи Б соответствии с данным способом регулируют путем одновременного изме нения расходов кислорода для обогаще ния дутья и вдуваемого топлива. При похолодании печи создают положительные приращения расходов кислорода и вдуваемого топлива, а при разогреве отрицательные приращения этих расходов. Отношение приращений расходов кислорода и вдуваемого топлива подде живают при регулировании теплового состояния таким, чтобы оно обеспечивало получение в фурменной зоне печи приращений выхода горновых газов (СО и Hj) с теоретической температурой горения (tf ) в пределах 1000 3500°С, Например, при увеличении ука занных расходов такая t должна обеспечиваться при сгорании в дополнительном количестве поступившего в фурмен ную зону кислорода дополнительного количества вдуваемого топлива, а так же кокса. С целью повьш ения точности регулирования изменение, расхода вдуваемого топлива при этом производят пропорционально изменениям температу ры продуктов плавки, т.е. на 1 С изменения температуры продуктов плав ки изменяют расход топлива на (О506 -0515ы)/т, где lu - выход шлака; m -дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом. При выходе t за нижний предел (1000 с) начинает проявляться извест ное двойственное влияние вдуваемых углеводородных топлив на нагрев печи (кратковременное похолодание или разогрев сразу после увеличения или уменьшения расхода вдуваемого топлива с последующим разогревом или похолоданием, соответственно). При выходе t за верхний предел доля толлива в сумме приращений расходов топливаи кислорода уменьшается настолько, что его влияние на теп ловое состояние печи становится со6измеримым с противоположным влиянием кислорода и цель регулирования не достигается. Выбор теоретической температуры горения Ct ) в указанных пределах определяется параметрами, по которым производится контроль теплового состояния доменной печи. При контроле последнего с прогнозом, например по параметрам, рассчитываемым по составу колошникового газа, значения t должны поддерживаться в пределах 1000-1500 С, при контроле температуры фурм-или продуктов плавки - в пределах 1500-2000°С; при знач,ительных отклонениях теплового состояния от нормального (подстои шихты из-за горячего хода, повьш1енное содержание серы в чугуне и т.п.), а также при запаздывании регулирующих воздействий, например при контроле нагрева печи по содержанию кремния, в пределах ZOOO-SOOO C. Коэффициент пропорциональности, равный (0,06+0, 15 ы ) (размернос ть кг кокса/°С-т чугуна) и означающий необходимое изменение расхода кокса для компенсации отклонения температуры продуктов плавки на 1 С, опре делен как отношение их теплоемкостей к среднему тепловому эквиваленту кокса (3650 ккал/кг) при расходе дутья 1150 м/т чугуна, содержании кислорода в дутье 26%, теплоемкости чугуна и шлака 215 и 560ккал/т.°С, соответственно 2J 5+560 uj (0,06+0,15ш) 3650 Пример конкретной реализации способа иллюстрируется следующим расчетом. Доменная печь, работающая с выходом шлака ы 480 к г/т на дутье с температурой с вдуванием природного газа, имеет производительность 125 т/ч. Природный 5ц 0,55 газ содержит углерода С теплота разложения природного газа составляет 800 ккал/м } выход газов при его сгорании в фурменной зоне.(без учета образующейся СО) Vf около 2 , коэффициент замены кокса природным газом ttj 0,7 кг/м-. Регулирование теплового состояния.печи производится преимущественно по температуре чугуна, а также по содержанию в нем кремния, т.е. с заметным опозданием. В этих условиях .диапазон величины tj при регулировании поданному способу сос тавляет 2000-2800°С, Соответствующи этому диапазону температур отношения приращений расходов природного газа и кислорода при регулировании определяются по формуле Vr-t,2,78(5:Q-c7tcHV b 5C 8330-2t to2 где Ср - средняятеплоемкость 2атомных газов в интервале температур 25 - t , которую можно принять постоянной и равной 0,36 ккал/м - C -Т теоретическая температура горения 1 м (кг) вдуваемого топлива и горнового кокса в X м кислорода, °С; 5rQ - расход тепла на диссоциацию углеводородов вдуваемого топли ва до С и Н„, а также на реакции окисления углерода парами воды и углекислотой, содержащимися во вду ваемом топлива, ккал/м j tc - температура вдуваемого топлива,°С; Ссц- содержание во вдуваемом топливе углерода свободного и в ви де углеводородов, кг/м ,Tjjj- температура кислорода, ра ная при классическом способе обо гащения температуре дутья, С. Вьфажение (2) получено путем ре шения уравнения баланса тепла в фу менных очагах (3) относительно величины X при допущении, что теплоОг г ёмкость кислорода С р С р 0,36 ккал/м.С. (2x+V,cJ-t 23eOxt60o - x-CcH)f +с„.1„ где 2 - коэффициент, учитьшающий, что из 1 моль Сообразуется 2 моль COj 2360тепловой эффект образован СО, ккал/м кислорода, 600 - произведение теплоемкост углерода кокса (0,4 ккал/кг- С) на его температуру в фурменной зоне (). С учетом этого отношения приращений расходов природного газа и к лорода для крайних значений величи ны t равны 2.ШОО+2 78-800+16650 55 1 8330-2 ТООО 0,6 2. 3500+2 78. 800+ 1665-0д 55 28330-2 3500+ ТТОО 4,2 мз/мз; а для t 2000 - 2800°С, Х 1,3f2,3 В соответствии с предложенным способом для повьш1ения точности регулирования расход вдуваемого топлива необходимо изменять с коэффициентом пропорциональности: (0,06+0,15)u)/m. При выходе шлака ш 0,48 т/т и коэффициенте замены кокса природным газом 0,7 кг/м этот коэффициент равен (О,06+0,15-0,48)/ 0,7 0,189. При разогреве печи и отклонении температуры продуктов плавки от заданной на 30°С расход природного газа при регулировании по данному способу уменьшают на величину 0,189 х X 125У-30 709 , а расход кислорода одновременно уменьшают на величину 1,3-709 922 , где 1,3 величина X для выбранного значения tJ 2000°С. В таблице приведены варианты реализации данного способа для случая использования в качестве вдуваемого топлива природного газа (,7) и мазута (т 1,2) при выходе шлака Ш 333 кг/т и при различных значениях t , выбираемых в зависимости от параметра контроля теплового состояния печи, как бьшо показано выше. Например, тепловое состояние печи регулируют по составу колошникового газа, т.е. с прогнозом, а в качестве вдуваемого топлива используют безводный мазут с характеристиками ; содержание водорода 13%, углерода 85% (CCH 0,85), температура 80°С (tp 80) теплоемкость Cj, 0,6 ккал/кгС, теплота разложения 21Q 500 ккал/кг, выход 2 -атомных газов Vf- -- .0,13 1,45 . Теоретическую температуру горения дополнительного мазута и горнового кокса в атмосфере дополнительного количества кислорода (t ) целесообразно принять в этом случае равной 1000-1500°С (в среднем 1250 С). Тогда коэффициент связи между кислородом и мазутом устанавливают равным

у 1.t 5-1250+2 78 (500-0 61801+1665 0 85 ,

8330 - 2-1250 +1100

При отклонении температуры продуктов плавки от нормальной на каж дые410°С расход мазута изменяют .333)- 10,,,.

4. 4.iiТ 9- - -

на

±115 кг/ч, а расход кислорода на + 0,6-115 ±69 , что и отражено в таблице, С повышением t значения коэффициентов связи (х) быстро растут, т.е. резко уменьшается доля углеводородной добавки в сумме приращений расходов мазута и кислорода и вследствие этого регулирование при t 3500 С становится невозможным. При t| 1000 С регулирование становится затруднительным из-за низкой доли кислорода, в результате чего начинается временное уменьшение или повышение температуры образующихся продуктов плавки при увеличении или уменьшении расхода вдуваемого топлива.

Для реализации предлагаемого способа регулирования необходимы технические средства, с помощью которых изменения расходов вдуваемого топлива.; например природного газа (д ПГ) и технического кислорода ( Л О..,), будут связаны в один комплексный технологический параметр (КТП), ведущим в котором целесообразно выбрать топливо ( ЛИГ), а зависимым - кислород ( йО). Шкала соответствующего задатчика (л ПГ) должна быть симметричной относительно нулевого значения (ДПГ 0,0). На период освоения рекомендуется оборудовать задатчик двумя шкалами: одну из них - целесообразно отградзгировать в абсолютных значениях приращений расхода природного газа (например, от -3000 до +3000 ), а вторую - в пересчете на расход пара, или на температуру дутья в соответствии с коэффициентом замены кокса данным топливом. Например, дл природного газа (т 0,7) с учетом того, что расход 1 т пара эквивалентен расходу примерно 0,5 т кокса, вторая шкала должна иметь пределы от -4 до +4 т/ч пара. При регулировании тепловог.о состояния печи по данному способу рудную нагрузку изменяют только в случае устойчивого отклонения расхода природного газа от заданного значения. При этом расход кокса изменяют в сторону, обеспечивающую возврат задатчика ДПГ в положение, близкое к нулю. Например, при интенсивности хода печи 8 подач в час и при длительном (в течение боЛее 8-10 ч) положении задатчика на делении плюс (или минус) 1500 расход кокса в подачу целесообразно уменьшить (или уве1500-0j.7

личить) на 100 - 150 кг (8 130, где 0,7 - коэффициент замены

кокса природным газом).

В результате освоения предлагаемого способа регулирования отпадает необходимость использовать для этой цели пар, температуру дутья и в значительной мере рудную нагрузку. Экономия кокса за счет работы при максимальном теплосодержании дутья (без использования пара для регулирования теплового состояния доменных печей) в доменном цехе НТМК, выправляющим 6,7 млн. т чугуна в год и расходующем 5,4 т пара в час составит 23,3 тыс. т в год или в денежном выражении 1 млн. руб. Себестоимость

1 т чугуна снизится на - 0,15 руб.

За счет уменьшения расхода кокса

на 3,4 кг/т чугуна,-или на 0,7%, примерно на столько же, возрастет произвбдительность печей. Дополнительный эффект будет получен за счет расширения диапазона регулирования, что позволит уменьшить число глубоких расстройств печей и повысить качество чугуна, -что в свою очередь, даст дополнительное уменьшение расхода кокса и повьш1ение производительности печей.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования теплового состояния печи обеспечивает значительную экономию кокса при минимальных затратах, связанных лишь с совершенствованием и освоением систем управления расходами вдуваемого топлива и кислорода.

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем одновременного изменения расходов кислорода для обогащения дутья и вдуваемого топлива, отличающийся тем, что, с целью экономии кокса и повьшения производительности за счет поддержания теплосодержания дутья на максимальном уровне, при похолодании печи создают положительные, а при разогреве - отрицательные приращения расходов кислорода и вдуваемого топлива в соотношении, обеспечивакнцем получение приращений выхода фурменных газов с теоретической температурой 1000.3500 с. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышеI ния точности регулирования, расход вдуваемого топлива изменяют пропорW ционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности