Способ регулирования теплового состояния доменной печи Советский патент 1983 года по МПК C21B7/24 

(5) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

1

Изобретение относится к черной металлургии, к производству чугуна в доменных печах и посвящено решению технической задами - реализации возможности уменьшения расхода yi- леводородных добавок в периоды горячего хода печи, с целью снижения за счет этого расхода топлива и повы {рения производительности печи.

Наиболее близким к изобретению Q является способ регулирования теплового состояния доменной плавки, включающий использование в качестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью путем Изменения расхода уг- 5 леводородной добавки и пара для увлажнения дутья П..

Недостаток известного способа состоит в том, что пар и углеводородные добавки рассматриваются как независи- О мые параметры. Например, согласно прототипу при холодном ходе печи уменьшают влажность дутья вплоть до естественной и только в случае недостаточности этой меры дают холостые подачи, уменьшают рудную нагрузку (повышая тем самым расход кокса), уменьшают количества дутья, сокращают расход природного газа (или других добавок) и кислорода, снижая тем самым производительность печи.

Использование пара для регулирования теплового состояния печи приводит к перерасходу кокса в количестве 0,7-0,8 кг/т чугуна на 1 г/м влажности дутья или на 0,,53 кг ;на 1 кг пара. По этой причине на практике верхний предел расхода пара ограничивают, но тем самым ограничивают и диапазон регулирования, что отрицательно сказывается на качестве чугуна и частоте глубоких расстройств печи,

В случае чрезмерного занижения верхнего предела расхода пара (в пределе до нуля) расход кокса может даже повыситься как по указанным причинам, так и из-за того, что обслуживающий персоналпеми стремится иметь непосредственный запас тепла в виде повышенного (против нормального) сре него уровня нагрева продуктов плавки не располагая запасом тепла в виде пара или температуры дутья Поэтому задача состоит в том, что бы уменьшить расход пара (в общем случае влажность дутья), но таким образом, чтобы диапазон регулирования, обеспечиваемый этим уменьшенны количеством пара, остался без изменений. Только в этом случае экономи кокса будет бесспорной. Решение этой задачи связано с ис пользованием в качестве регулирующего параметра углеводородных добавок. Однако известно, что регулиров ние углеводородными добавками затру нено из-за плохого качества регулирования. Это обусловлено тем, что все используемые на практике углеводородные добавки имеют в своем со таве предельные углеводороды, на ра ложение которых в горне печи расходуется значительное количество тепла. Поэтому повышение, например рас хода мазута или природного газа, с целью устранения похолодания, приводит сначала даже к усилению похолодания вследствие понижения температуры газов в фурменных очагах (те ретическая температура горения пони жается на 50-60 С на 1 природного газа к дутью и на 3- С на каждый грамм мазута в 1 м дутья). По этой причине во многих случаях, в частности при наличии сравнительно высокочастотных колебаний теплового состоянияI обусловленных, например нестабильностью сырья, этот способ не может быть использован. . По способу доменной плавки, регл ментированному технологической инструкцией (прототипом) предусматривается и прием корректировки теплового состояния путем одновременного изменения расхода пара и углеводородных добавок. Так, в 1 J запи-, сано, что подачу в горн печи природ ного газа необходимо начинать с оптимального для данных условий количества и одновременно сократить искусственное увлажнение. Однако эта рекомендация относится только к начальному периоду подачи природного газа. Последующее регулирование теп лового состояния печи осуществляется уже с помощью пара.расхода дутья, рудной нагрузки и т.д., т.е. с помощью приемов, недостатки которых рассмотрены. Цель изобретения - экономия топлива и повышение производительности доменной печи. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования теплового состояния доменной печи, включающему использование в качестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью путем одновременного изменения расхода углеводородной добавки и пара на увлажнение дутья, расход пара и углеводородной добавки изменяют в соотношении, обеспечивающем суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки, равный 60-951 от расхода тепла на разложение одного пара.. Расход тепла на разложение пара (или терловой эффект образования) равен ккал/моль или 3210 ккал/кг на разложение метана - 17,89 ккал/моль или 800 ккал/м, на разложение природного газа - 850-860 ккал/м , чз разложение безводного мазута и нефти - 2100 кДж/кг или 550 ккал/кг, а с учетом воды 500(1-ф)-3790Уккал/кг водномазутной смеси, где - доля воды в сйеси, кг/кг. Следовательно, в случае использования в качестве углеводородной добавки к дутью природного газа указанные пределы (60-95) легко преобразуются в коэффициенты связи между паром и природным газом 3210-855- АПГ 0,60-0,95, откуда д (0,2-1,5) пара. Аналогично определяются коэффициенты связи пара с другими углеводородными добавками, в частности с безводным мазутом и нефтью 0,60-0,95 откуда (0,3-2,5)кг/кг пара, Таким образом, согласно предлагаемому способу любое повышение расхода пара должно сопровождаться одновременным уменьшением расхода углеводородной добавки, и сущность изобретения состоит в том, что используется то обстоятельство, что неравенство нулю расхода пара однозначно свидетельствует об избытке тепла в печи, а, следовательно, и об избытке поступления в нее топлива (точ нее в фурменные очаги). Поэтому по предлагаемому способу расход топлива, а именно углеводородного, в этот период работы печи уменьшают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнительного разогрева печи, неизбежного при использовании способа по авт. ев, № 395376, И наоборот, в случае похолодания печи, обусловленного тем, что в этом случае в печь поступает меньше топлива, чем это необходимо, расход топлива повышают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнитель ного похолодания печи. При этом диапазон регулирования расширяется, а регулирующие свойства смеси параметров могут быть выбраны такими (за счет изменения соотношения мейду паром и углеводородной добавкой), чтобы они наилучшим образом соответствовали выбранному показателю тепло вого состояния печи. Иллюстрируют эти положения, а так же и другие преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототи пом для случая использования в качестве углеводородсодержащей добавки природного газа при коэффициенте свя зи между паром и природным газом 0,1, т.е, повышение или уменьшение расхода пара на 1 кг сопровождается соответственно уменьшением или повышением расхода природного газа на 0,41 м от установленного базового значения, соответствующего закрыто(у пару, В этом случае происходят следующие изменения по сравнению с прототипом. Если верхний предел расхода пара остается без изменений и равным, например 3000 кг/ч, то экономия природ ного газа Т U ПГ составляет , или И,76 тыс.мЬ/сут, Кислород дутья в периоды горячего хода печи в меньшей степени расходуется на сжигание излишнего топлива, поэтому производительность печи только за счет уменьшения количества сжигаемого углерода повышается примерно на ./.yT. где 0,55 - содержание углерода в природном газе, кг/м, kQQ - количество углерода сжигаемого у фурм в кг на 1 т чугуна, Пар воздействует на тепловое состояние печи сложным образом. Для него характерно наличие переходного процесса, который обусловлен тем, что примерно kQ% образующегося в районе фурменных очагов водорода участвует в восстановлении, т.е снова превращается в пар. Поэтому стоимость пара в калориях меняется во времени от 3210 до J210-(1-0,)« 192б ккал/кг. В предлагаемом способе при указанном соотношении между ПГ и паром количество газов-восстановителей не изменяется: Ы,,А1(2,0- -0,53)0,0 где 1,21 - выход водорода из 1 кг пара, 2,/О - выход водорода из 1 м природного газа; Щ. 0,55 - выход СО из 1 м природного газа. Переходного процесса нет, следовательно указанная смесь параметров является идеальным регулятором теплового состояния особенно тогда, когда в качестве показателей теплового состояния печи выбирают такие, которые оцениваются без опережения (температура и состав чугуна, светимость фурм и продуктов плавки, скорость схода подач и т.п.). Стоимость 1 кг пара в пересчете на кокс составляет 0,,53 кг, а стоимость 0,1 м природного газа 0,41 0,,33 «г (0,8 - коэффициент замены кокса газом). Следовательно, стоимость смеси параметров составляет (О,«6-0,,,790,86 кг, что в 1,62-1,7 раза больше стоимости 1 кг пара. Это означает, что во столько же раз расширяется диапазон, регулирования, за счет этого повышается качество чугуна и уменьшается частота глубоких- расстройств печи. Если же Существовавший до использования предлагаемого, способа диапазон регулирования был достаточным, то при том же диапазо7не регулирования верхний предел рас хода пара уменьшается с 3000 до 3000 1750-1850 кг/ч. В этом 1,62-1,72 случае экономия природного газа соответственно уменьшается в 1,621,72 раза, но остается достаточно „ 1,76 высокой и равной T7&Z-T,72 9,1 тыс. M/сут, Полученную экономию природного газа можно оставить в качестве та-. ковой, а можно повысить средний рас | UBWKI ел I li:VODI t. I О ir-iKip JV, ход природного газа до прежнего баз вого уровня и получить за счет этоГО. снижение расхода кокса на (8,69,1) 0,,9-7,3 т/сут, где 0,8 коэффициент замены кокса природным газом. При уменьшении значения ДПГ эффе тивность предлагаемого, способа соот ветственно и линейно уменьшается, но принципиальных трудностей его ос ществления не возникает. Поэтому указанный верхний предел по теплотам разложения (95) соответствующий коэффициенту связи между .паром и природным газом 0,2 (т.е. ПГ 0,2 пара), или паром и безводным жидким топливом 0,3 (йМ -0,3 Кг/кг пара) обосновывается тем, что меньшие по абсолютной вели чине значения ДПГ и дМ уже трудно различимы на шкалах приборов Расход природного газа и Расход жидк го топлива,. Напротив, повышение коэффициента связи сопровождается соответствующи повышением эффективности способа, но при этом регулирующие свойства смеси параметров начинают постепе но усложняться. Например, при -(0,9-1,0) пара теоретическая температура горения остается бе измененийJи охлаждение печи происхо дит только за счет уменьшения количества газов-восстановителей на 1 .1,24t-l. ( .0,55 -1,78м% пара и за счет повышения интенсивности схода подач. Такое регулирование не только во можно, но иногда даже предпочтитель нее, а именно в том случае, когда в качестве показателя теплового сос тояния доменной печи используется, например состав/ колошникового газа, т.е. тогда, когда регулирование име 1 своеи целью устранение возмущении, сформировавшихся в верхних горизонтах печи, Однако дальнейшее повышение коэффициента связи между паром и природным газом приводит к тому, что теоретическая температура горения повышается тогда, когда необходимо охлаждать печь, и понижается, когда необходимо греть. По этой причине при превышении коэффициента, связи между паром и природным газом 1,5 (ПГ -1 ,5 М/м пара) или между паром и безводным жидким топливом 2,5 (АМ Or/ -2.5 кг/кг пара) следует ожидать существенного ухудшения качества регулирования и хода доменной печи, чем и обосновывается нижний предел по теплотам разложения 60|. Для осуществелния предлагаемого способа необходима автоматика, обес печивающая одновременное изменение , расхода пара и углеводородных добавок в заданном соотношении. Пример В качестве базового объекта принимают доменный цех НТМК, имеющий в своем составе 6 доменных печей и выплавляющий около 7 млн, т мугуна в год. Верхний предел по расходу установлен на каждой печи, равным 3000 кг/ч а в целом по цеху 18000 кг/ч. Таким образом, расход пара колеблется в пределах от О до 18000 кг/ч и в среднем составляет около 9000 кг/ч. По данным планеметрирования этот показатель оказывается равным 8570 кг/ч. В качестве исходного состояния одной из доменных печей принимают следующее. Тепловое состояние доменной печи нормальное, пар закрыт, расход природного газа установлен равным 10000 . Рассматривают ситуацию, когда печь по тем или иным причинам начинает разогреваться, и обслуживающий персонал устанавливает расход пара равным, например 1000 кг/ч. В настоящее время расход природного газа оставляют при этом без изменений. Согласно предлагаемому способу расход пара и природного газа изменяют одновременно в таком соотношении, что суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки составляет 60-95 от расхода тепла на разложение одного пара. Расход тепла на разложение пара составляет 321 О ккал/кг, а на разложение природного газа 860 ккал/м. По этим данным указанны пределы (60-95) легко преобразуются в пределы собтношений между паром и природным газом 3210+860 ЛПГ 0,,95 откуда следует, что (0, м /кг пара, т.е. увеличение или уменьшение расхода пара с целью коррекции теплового состояния доменной печи должно согласно прилагаемому способу сопровождаться соответственно уменьшением или увеличением расхода природного газа на ,0,2-1,5 пара. Для дальнейшей иллюстрации способа выбирают среднее значение ЛПГ -0,85 MVKr пара, В рассматриваемом примере расход пара увеличивают на 10000 кг/ч. Следовательно, расход природного газа необходимо уменьшить на 1000-0,85 850 ,и он составляет 10000-850 9150 . В случае похолодания печи расход пара как обычно уменьшакхт, но дополнительно согласно предлагаемому способу увеличивают расход природного газа. Например, при уменьшении расхода пара с 1000 до 500 кг/ч расход природного газа повышают с 9150 до 9150+500 0, м%. Еслиже пар закрывают полностью, to расход природного газа повышают до базового уровня, соответствующего закрытому пару, т.е. до 10000 . При этом не имеет значения какой информацией пользуется обслуживающий персонал, изменяя расход пара. На экономическую эффективность предлагаемого спо соба не оказывают влияния и допускаемые при этом ошибки. Важно лишь 9 110 то, что увеличение, например расхода пара, является действием, направленным на устранение последствий избыточного в данный момент поступления топлива в доменную печь, и предлагаемый способ позволяет непосредственно реализовать эту возможность уменьшения расхода топлива. Технологические последствия такого способа работы при различных соотношениях между паром и природным газом подробно рассмотрены, поэтому в рассматриваемом примере ограничиваются оценкой конечных результатов применительно к базовому объекту. Использование изобретения обеспечивает снижение себестоимости чугуна на 0,127 руб/т. Формула изобретения Спос( регулирования теплового состояния доменной печи, включающий использование в качестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью -путем одновременного изменения расхода углеводородной добавки и пара для увлажнения дутья, от ли чающийся тем, что, с целью обеспечения экономии топлива и повышения производительности доменной печи, расход пара и углеводородной добавки изменяют в соотношении, обеспечивающем суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки, равный 60-95% от расхода тепла на разложение одного пара. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Типовая, технологическая инструкция по доменному производству, Днепропетровск, 1977, разд. V и VII,