Способ регулирования теплового состояния доменной печи Советский патент 1985 года по МПК C21B7/24 

1 Изобретение относится к черной металлургии и может быть использова но для управления тепловым состояни доменных печей. Целью изобретения является умень шение расхода топлива на выплавку чугуна путем одновременного изменения температуры дутья и расхода вду ваемого топлива в направлении, прот воположном изменению теплового соетояния печи. При этом расход вдувае мого топлива изменяют на величину, обеспечивающую изменение теоретичес кой температуры горения кокса и вдуваемого топлива в фурменной зоне от i054C до± 0, на каждый градус :0 изменения температуры дутья, произво димого с целью регулирования теплового состояния печи. Для обеспечения точности регулирования с учетом усл ВИЙ плавки температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности (0,8-1,5)/(1 + 10-Кец.Уд -ш), где К коэффициент связи между изменениямирасхода вдуваемого топлива и темпера тура дутья, обеспечивающий получение изменений теоретической температуры горения топлива в указанных пределах; Уд - средний расход дутья в м/т чугуна; m - дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом. Коэффициент связи К имеет размерность дутья и определяется по формуле (3), полученной путем совместного решения уравнений (1) и (2), по которым определяются изменения теоретической температуры горения при изменении температуры дутья и расхода вдуваемого топлива 0,33 .дед (1+(Д+Усц-СН/Уд)-0,36 7 , он ftv x«&t(Q+CcH-600+0,36tfVtH)-CptcH. 2 (1 + 60+ V, CH/V.)-0,36 см . А К 0,33-Q,36AtI(H-m-VcM-CH/VA). . (- т „fCH .ев Q+600-CcH-«-0,36V,, СИ -т где &t выбирается в пределах от -0,4 до +0,6 С (так как дост точно рассчитать только, например, для случая повьшения рассматриваемых параметров); 60 - содержание кислорода в дутье доли; Н - отношение расхода углеводо, родной добавки к расходу дутья, или кг/м; расход тепла на разложение углеводородной добавки до углерода, водорода, окиси углерода и азота в присутствии углерода. апример, для природного газа Q ккал/м ; безводного мазута и и 2100 кдж/кг или 500 ккал/кг, учетом воды 500 (1-if ) + l400qi ккал кг водно-мазутной смеси, где с воды в смеси, кг/т; среднее (обычное) значение теоретической температуры горения на доменной печи. С; выход 2-х атомных газов из 1 м/кг углеводородной добавки- без учета содержащегося в ней углерода; содержание в углеводородной добавке суммы свободного углерода и связанного в угл.еводороды, кг/м или кг/кг; теплоемкость углеводородной добавки, ккал/м- С, или ккал/кг С; температура углеводородной добавки,С, при вдувании газов без подогрева можно t, принимать равной нулю. сли в качестве углеводородной вки используется природный газ арактеристиками: Q 800; V ; Ср.. 0,535; t 0,0, то для о при -- 0,06 предельные значекоэффициента связи К обознаср равны ные здесь как х, и х , j , 0,33+0,144 (1 + 0,26+2-0,06) 800+0,36-2000. 2+600- 0,535 0,0206.10-2 м/м С; 0,33-0,216-1,38 0,0012-10-2мЗ/мЗ С. Если используется жидкое топливо, ример мазут, с содержанием Н 3%, С 85% в виде эодномазутной ьсии, нагретой до 80 С (tt|, 80) держащей 20% воды (Cf .0,2), то нее Q 500 (1-0,2)+ 1400-0,2 -,CH 80 ккал/кг; Ср 0,6 ккал/кг С; 2М 0,13(1-0,2) + 2- 0,2 2 ,66 нэ/кг; С 0,85(1-0,2) ,68 кг/кг при СН 25.10-S кг/м 0,33+0,144(1+0,26+1,66-0,025) « 680+0,36 -2000 -1,66+600- 0,68-0,6 0,0235-10-2 кг/мЗ°С; 0,33-0,216-1,3015 2198 0,0022.10-2 кг/мЗ°С. В случае использования более слож ных углеводородных добавок для опре деления пределов применимо правило аддитивности. Нижний предел +0,4 изменения теоретической температуры горения обусловлен тем, что при его превьшении (по модулю) заметно ухудшается качество регулирования, (+0, Верхний предел & tj. соответственно повьш1ения или понижения температуры дутья) обуслов лен тем, чФо в случае его превьш1ения (по модулю) экономия топлива добавки снижается до незначительной ве личины и данный способ превращается практически в обычный способ регулирования температурой дутья. Значение изменения торетической температуры внутри указанного диапаз на выбираегся с учетом конкретных условий, в частности принятых критериев оценки теплового состояния печи ЕСЛИ в качестве последних использует ся состав колошникового газа (регулирование с прогнозом), то целесообразнее выбирать t близким к нижнему пределу +0,4. Если с небольшим за паздьшанием (например преимущественно по светимости фурм и продуктов плавки, а также при быстрых и значительных отклонениях от нормального теплового состояния и хода печи),то ближе к верхнему пределу +0,6 . С целью получения максимальной экономии топлива при регулировании теплового состояния печи по предлагаемому способу базовый расход вдува емого топлива на ней необходимо уста навливать на уровне, соответствукицем максимальной температуре дутья. Для практической реализации данного способа регулирования целесообразно указать меру эквивалентности предложенного комплексного технологичес- кого параметра (КТП), каким можно счктать одновременное в заданном отношении изменение температуры дут и расхода вдуваемого топлива, обычным регулирующим параметрам, т.е. 084 температуре дутья, или расходу пара на увлажнение дутья ( Kc.)C; (4) IlAP 0,01VjJ(ut(1 + 10K.), (5) где (4Сд)|,- изменение температуры дутья в составе КТП; Kjp- коэффициент связи, например 0,01 -lOV/M C; Уд - средний расход дутья в м на 1 т чугуна, например 1150; V. - средний минутный расход дутья, например 2500 м/мин; m - дифференциальный коэффициент замены кокса данной углеводородной добавкой, например 0,7 кг/м. Из формул (4) и (5) следует, что при указанных исходных данных изме нение температуры дутья в составе КТП на 10 С зквивалентно изменению только температуры дутья на 18°С или только расхода пара на 450 кг/ч. Для формализованных (автоматических) систем регулирования теплового состояния печи необходимо указать количественную меру воздействия предлагаемым параметром на выбранную единицу отклонения, любая из которых всегда может быть пересчитана на изменение температуры продуктов плавки. При расходе дутья 1150 чугуна, теплоемкости дутья 0,33ккал/м С чугуна и шлака соответственно 215 и 560 ккал/т С и выходе шлака 0,20,6 кг/кг необходимое изменение только температуры продуктов плавки от заданной составляет 215,560(0.,6) А 0,33- 11500,8т1,5; а температура дутья в составе КТП 0.8 - 1,5 1-10-K, Если указанный коэффициент (0,8-1,5-) взять больше верхнего предела ( 1,5), то имеет место перерегулирование, а если меньше нижнего (0,8), то в результате воздействия ечь не выйдет на заданный тепловой ровень. Примеры осуществления предлагаемо го изобретения. В качестве объекта для реализации изобретения выбрана доменная печь объе мом 1033 м, выплавляющая чугуна 1500 т/сут или 540 тыс. т в год.Сред ний расход дутья на печи составляет 1800 или 1728 м/т чугуна, со держание кислорода в дутье 21%. Регу лирование теплового состояния, данной печи осуществляют путем изменения те пературы дутья в пределах преимущест венно от 950 до 1100 С, поэтому сред нее значение температуры дутья соетавляет 1025 С. Теоретическая температура горения соответственно колебляется в пределах 1 950-2050С и составляет в среднем 2000°С. По предложенному способу тепловое состояние доменной печи регулируют путем одновременного изменения темпе ратуры дутья и расхода вдуваемого то лива в соотношении, обеспечивающем общее изменение теоретической температуры горения в прадедах от -0,4 до ±0,6 С на 1°С соответственно повышения или понижения температуры дутья. в качестве вдуваемого топлива на доменной печи используют природный газ, базовый расход которого установлен ра1вным 4,5 тыс. или 72 чугуна или 0,042 дутья СН 0,042). Характеристики природного газа: расход тепла на разложение Q 800 ккал/м ; выход двухатомных газов из 1 м без учета углерода V(. 2 i содержание углерода Сгн 0,535 мг/м, теплосодержание Ср tp 0.0-. , Указанный отличительный признак преобразуется в пределы изменения расхода природного газа по формулам 0,33-1-0,36-0,4(1+й+1Г§ ) х - ,, Q+o,36-u;.t;+ 60oc,-c-t ,144(1+0,21+2«о,042 800+0,362-2000 + 6000,535 0,02. 0,33-0,36-0,6(1 +w+Vp,: Q+o,36-v ti:+6ooc «- 0,33-0,216(1+0,21+2-0,042) 800-0,36-2 2000+600-0,535 0,02-10 Оценка теплового состояния доменной печи производится преимущественно при небольших отклонениях по анализу чугуна, а при больших - по светимости и искрению чугуна и шлака на выпусках, т.е. с запаздыванием, поэтому коэффициент связи между температурой дутья и изменением расхода природного газа целесообразно выбрать средним, т.е. KCB 0,, или 0,00014728 0,173 , или 0,ОООМ80060 10,8 . Тепловое состояние доменной печи регулируют следующим образом. Если печь разогрелась (похолодала) , то температуру дутья уменьшают (увеличивают) на 20-50 С в зависимости от величины отклонения от нормального теплового состояния. В связи с субъективной оценкой последнего, а такжес учетом возможности проявления дополнительных, воэмущений через 2-4 ч . производят дополнительную корректировку температуры дутья. По предложенному способу регулирование осуществляют аналогично, но с учетом повьш енной тепловой мощности KOMnJjeKCHoro воздействия. Изменение расхода природного газа на 0,173 чугуна эквивалентно 0,173 0,7 0,12 кг/т кокса, или изменение температуры дутья на 1,2 С. Следовательно, тепловая мощность одновременного воздействия температурой дутья и расходом природного газа больше тепловой мощности воздействия одной температурой дутья в 2,2 раза. Поэтому при том же изменении теплового состояния печи температуру дутья изменяют не на 20-50, а на С, но одновременно изменяют (с тем же знаком) расход природного газа на (10-25)- 10,8 108 т 270 , а через 3-4 ч производят дополнительную корректировку температуры дутья и расхода природного газа. При регулировании теплового состояния печи в соответствии с изобретением общий диапазон изменения температуры дутья уменьшится в 2,2 раза 1100-950 68 С. Средняя и составит -

температура дутья повысится с 1025

1100+1100-68 ,,,,,

до 1066 С, т.е. на

41 С, что обеспечит экономию кокса 9,0 кг/т чугуна при перерасходе природного газа С1066-1025)-0,01 к . 1728 7,1 м и снижение себестоимости 1 т на 0,16 руб. Однако это справедливо лишь при условии, что дифференциальный коэффициент замены кокса природным газом m 0,7 кг/м. Если он равен, например, 0,5, то аналогичный расчет показывает, что средняя температура дутья1058,, т.е. повысится на 33,8°С, что даст заметно меньшую экономию кокса 6,3 кг/т, меньший перерасход природного газа 5,8 м и йеньшее снижение себестоимости чуГуна (на 0,0 руб.).

Для получения максимального экономического эффекта базовый расход природного газа (т.е. 4,5 тыс. м/ч) целесообразно устанавливать, при достижении температурой дутья максимального значения, обеспечиваемого имеющимися воздухонагревателями, т.е. 1100 С. В этом случае вместо экономии кокса и перерасхода природного газа будет получена экономия последнего, равная при m 0,7 (11001066)-0,173 5,88 м/т чугуна. Себестоимость чугуна снизится на те же 5,88-0,028 0,16 руб , а при ,5 экономия природного газа будет больше (1100-1058,8); 0,173 7, и себестоимость чугуна снизится на 0,2руб.

Если в качестве заменителя кокса используют другую углеводородную добанку, например безводный мазут, в количестве 25 г/м дутья, подогретый до 80 С и с теплотой разложения Q 500 ккал/кг, то принципиально ничего не изменится. Прежде всего по составу мазута (например с 85%, Н 13%) необходимо рассчитать его

22,4

характеристики: VCH

0,13

1,46 м/кг; Ср 0,85; t. О,680 48 ккал/кг, где 0,6 - теплоемкость мазута.

Далее определяют пределы изменения

0,33+0,144(1 -И+1{,

Q+o,36 t -v +600-c,« t, -

X, -,

0.33+0,144(1+0,21+1,,025) 500+0,362 000.1,46-48+600-0,85

0,025.10-2 кг/мз С;

(0,33-0,216)- (1+0,21 + 1,46-0,025) 2013,2

0,003 -10-2 .

Коэффициент связи между расходом мазута и температурой дутья по сооб-, ражениям, указанным вьш1е, целесообразно выбрать равным среднему, т.е.

0,017. кг/мЗ°С или 0,017

К

се

tlO24728 0,294 кг/т С.

Изменение расхода мазута на 0,294 кг/т чугуна эквивалентно О,2941,1 0,323 кг/т кокса или из-, менению температуры дутья на 3,2 С. Следовательно, теплопроизводительность одновременного воздействия температурой дутья и расходом мазута больше теплопрризводительности воздействия одной температу4)ой дутья в

14 2 раза.Соответственно диапазон из-/ менения температуры дутья уменьшится в 4,2 раза и составит 35,7Ь. Средняя температура дутья повысится

с 1025 до 1082

Экономия мазута составит (11001082)-О,294 5,3 кг/т чугуна, а при коэффициенте замены кокса мазутом меньше 1,1 соответственно больше. В таблице приведены варианты реализации предлагаемого способа для

случая использования в качестве углеводородной добавки природного газа и мазута для доменных печей объемом примерно 1000 и м , отличакицихся

дутьевыми параметрами (указаны в таблице). Коэффициенты связи между температурой дутья и углеводородными добавками (графы 2 и 3) рассчитаны по фор муле (1). Меры эквивалентности изменения в составе комплексных технологических параметров (КТП) температуры дутья на Ic изменению только температуры дутья или только расхода пара (графы 4 и 5). рассчитаны по формулам (4) и (5). В графах 6 и 7 указаны необходимые для автоматических систем регулирования нормы одновременного воздействия температурой дутья и расходом углеводородно добавки при отклонении температуры продуктов плавки от заданной на ±.100 С. При этом в соответствии с вы ходом шлака 0,5 и 0,35 коэффициенты в формуле (d) приняты равными 1,3 и 1,1. Экономия углеводородной добав ки (графы 8 и 9) рассчитана по формуле, вытекающей из изложенной выше методики, -ceCbtj,)p- УЛ 2Э где (ьЬд)р - размах колебаний температуры дутья в исходном режиме (диапазон регулирования),С; Э - мера эквивалентности. Из таблицы видно, что предпочтительные пределы t от ТО,2 до d-0,4C; при &t iO,6 экономия лен уже незначительна, а при предлагаемый способ вырождаете ; при LtT TO,4 начнет проявляться двойственное влияние на тепловое состояние печи углеводородных добавок, в связи с чем начнет ухудшаться качество регулирования и фактическая экономия &СН окажется меньше расчетной. Для реализации предлагаемого способа регулирования необходимы технигческие средства, с помощью которых tди СН будут связаны в один комплексный технологический параметр. Ведущим в нем целесообразно выбрать ti, а зависимьм СН. Таким образом, упрощена технология доменной плавки, так. как отпадает необходимость получать и использовать для увлаждения дутья пар.

1. СЦОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения расхода топлива на выплавку чуГуна, одновременно с изменением температуры дутья изменяют расход вдуваемого топлива на величину, обеспечивающую общее изменение теоретичесjкой температуры горения от +0,4 до + 0, на 1 с увеличения или уменьшения температуры дутья соответственно. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности