Способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к регулированию расхода топлива по фурмам доменной печи. Способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи включает измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование. Дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы. Вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы в периоды прекращения подачи в них дутья и в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с определенной зависимостью. При использовании изобретения обеспечивается снижение расхода кокса. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, конкретно к регулированию расхода топлива по фурмам доменной печи.

Известны способы регулирования расхода газообразного топлива по фурмам доменной печи, включающие измерения давления дутья на подводе к каждой фурме, определение расхода горячего дутья на каждой фурме по абсолютному значению [RU №2115741, МПК С 21 В 7/24, 1998 г.] или по перепаду давлений [SU №1010135, МПК С 21 В 7/24, 1983 г.], измеренному между двумя участками конкретного фурменного прибора, и соответствующее регулирование расхода газообразного топлива.

Ни один из этих способов не учитывает отличий в распределении сопротивлений и других важных газодинамических характеристик, например, в патрубке фурменного прибора, в кольцевом воздухопроводе, в схеме разводки и подачи обогащенного дутья в полость фурмы.

Недостатком известных способов является то, что отличающиеся импульсные трассы и расстояния до узла ввода не позволяют произвести правильную тарировку показаний датчиков на работающей печи, а величина давления в колене фурменного прибора зависит не только от расхода дутья, но и от температуры, содержания кислорода в дутье и ряда геометрических параметров газового тракта. Промышленная реализация этих способов обязательно сопровождается периодическим отключением импульсных трасс для их профилактики или замены, что приводит к полному отключению соответствующих систем контроля. При существенных эксплуатационных затратах на контрольно-измерительное оборудование и схему регулирования достоверность и точность этих способов определения распределения дутья по фурмам - низкая.

Недостатком равномерного распределения топливной добавки по фурмам доменной печи является то, что фактически неравномерное распределение дутья по фурмам влечет значительные отклонения в горении вдуваемого топлива и кокса по окружности печи, а также в тепловом состоянии фурменных очагов.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи в зависимости от перепадов температур охлаждающей воды на головках сопл [SU №1765177, МПК С 21 В 7/24, 1992 г.]. Способ обязательно предусматривает выравнивание гидравлических сопротивлений трубопроводов для подвода охлаждающей воды.

Недостатком данного способа является то, что в нем отсутствует учет теплопередачи от фурмы к головке сопла, влияющий на перепад температуры охлаждающей воды, а требование к выравниванию гидравлических сопротивлений трубопроводов практически невозможно выполнить.

Технический результат изобретения заключается в снижении расхода кокса за счет уменьшения разницы скорости его горения по смежным фурмам, уменьшения окружной неравномерности теплового состояния фурменных очагов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи, включающем измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование, дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы, вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы Qn(i) в периоды прекращения подачи в них дутья и Qo(i) в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с зависимостью:

где i - номер фурмы;

n - число открытых фурм;

VТД(i) - расход топливной добавки на i-ю фурму, кг/мин;

Q0(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

Qn(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

VТД - суммарный расход топливной добавки на все фурмы, кг/мин.

Регулирование расхода топлива на каждую фурму доменной печи осуществляют по предлагаемому способу следующим образом.

На фурменные приборы поступает смесь атмосферного дутья и технологического кислорода, нагретая до высокой температуры. Для охлаждения фурмы используют воду, нагнетаемую через подводящий трубопровод в полость между внутренним и внешним “стаканом”. На входном и выходном трубопроводе устанавливают измерители расхода и перепада температур охлаждающей воды. Схема фурмы доменной печи, ее окружения и структуры тепловых потоков приводится ниже. Фурма выполняет роль калориметра, как показано на схеме (фиг.1), в следующем: тепловая нагрузка Q0 , определяемая с точностью измерения расходов VВХ=V ВЫХ и перепада температур T В=TВЫХВХ охлаждающей воды, обусловлена теплопередачей энергии QП на внешний “стакан” фурмы от футеровки печи, шихты и фурменного очага QФ , а также энергии QД, передаваемой высокотемпературным дутьем на внутренний “стакан” фурмы.

где (Q Д,QП,QФ) - функция теплопередачи, кВт;

QО - тепловая нагрузка, кВт;

c B - теплоемкость воды, кДж/кг·К;

B - плотность воды, кг/м3;

V B - расход воды, м3/с;

T B - перепад температур воды, К.

Первоначально необходимо определить составляющую QП - тепловую нагрузку, обусловленную теплопередачей за счет контакта фурмы с футеровкой и с нагретыми материалами в печи при условии, что нет теплопередачи на фурму от дутья и фурменного очага, то есть ОД=0 и QФ=0. Для этого в промышленных условиях существует две возможности. Первая, в начальный момент времени остановки печи после полного хода для всех фурм снимается дутье (Q Д=0, QФ=0) и тепловой поток QП(i)Q O(i)- Вторая, для закрытой одной i-й фурмы на полном ходу печи ее тепловая нагрузка QП(i)=QO (i). Экспериментальные исследования показали, что разница в показаниях интегральной величины QП по этим двум вариантам укладывается в 1%.

Далее определяется разница QO(i)-Q П(i), характеризующая количество тепла, передаваемое газом на внутренний “стакан” каждой i-й фурмы. Ее величина определяется на полном ходу, как составляющая теплового потока, пропорциональная произведению расхода дутья на его температуру. Так как общий нагрев дутья производится в воздухонагревателях, было экспериментально установлено, что разница температур дутья на смежных фурмах незначительна, в то время как разница его расходов по фурмам весьма существенна. На отдельных доменных печах неравномерность распределения дутья по фурмам может достигать 30-40%. Полагая, что все фурмы имеют одинаковые конструктивные характеристики и материал, из указанного выше следует пропорция:

где

i - номер фурмы;

n - число открытых фурм;

QО(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

QП(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

VД(i) - расход дутья на i-ю фурму, м3/мин.

Из уравнения (3) можно определять расход дутья VД(i) при известных остальных величинах.

На практике для поддержания скорости горения углерода на фурмах СФ и теоретической температуры горения TФ на определенном уровне значений устанавливают соотношение суммарных расходов топливной добавки (VТД) и дутья (VД ) на доменную печь постоянным:

где - удельный расход топлива, кг/м3 дутья.

В предлагаемом способе условие (4) устанавливается для каждой из фурм с целью выравнивания величин СФ(i) и TФ(i) по окружности:

где VТД(i) - расход топливной добавки к дутью на i-ю фурму, кг/мин.

В качестве топливной добавки может использоваться пылеугольное топливо, мазут, природный газ, коксовый газ, водо-мазутная смесь. На практике удобнее расход пылеугольного топлива и мазута указывать в кг/мин, а газообразного топлива - в м3/мин. Объемный расход газа - м3/мин - может быть переведен в расход массы - кг/мин - через известную плотность газа. Например, для природного газа с плотностью ПГ.

где VТД, VПГ - расход природного газа соответственно в размерности, кг/мин, м3/мин;

ПГ - плотность природного газа - 0,76 кг/м3 .

Пример практической реализации способа регулирования расхода природного газа.

В таблице показан пример определения тепловых нагрузок и регулирования расхода природного газа по каждой из 16 фурм на ДП №1 ОАО “Северсталь” по предлагаемому способу.

На подводящих и отводящих трубопроводах системы охлаждения фурм ДП №1 были установлены расходомеры охлаждающей воды и датчики измерения перепада ее температуры на каждой фурме.

Рассмотрим один из периодов работы ДП №1, который характеризовался ровным ходом при расходе дутья 2025 м3/мин, расход природного газа - 14560 м3/ч, температура дутья - 1196°С, содержание кислорода в дутье - 23.5%. По указанному периоду работы тепловые нагрузки QO(i) составили значения, приведенные в первой строке таблицы.

При переводе печи с полного хода на остановку были определены тепловые нагрузки QП(i) на каждой фурме при полностью снятых расходах дутья, природного газа и технологического кислорода (см. строку 2 таблицы). В последующем, в случае прекращения подачи дутья и добавок на отдельную фурму, значения QП(i) уточнялись для закрытой фурмы на полном ходу. Тепловая нагрузка на конкретной фурме, закрытой на полном ходу, практически не отличалась от тепловой нагрузки на ней в начальный момент полной остановки и закрытия всех фурм.

Разница тепловых нагрузок, обусловленная влиянием распределения расхода дутья по фурмам, представлена в строке 3, а ее относительная величина - в строке 4 таблицы.

Рекомендуемая по предлагаемому способу величина расхода природного газа на каждую фурму представлена строкой 5 таблицы.

В результате установления расхода природного газа на каждую фурму по предлагаемому способу на 10% были уменьшены разницы скоростей горения кокса и теоретических температур горения по смежным фурмам, что в итоге позволило снизить удельный расход сухого кокса на 0,9 кг/т чугуна.

Формула изобретения

Способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи, включающий измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование, отличающийся тем, что дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы, вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы Qn(i) - в периоды прекращения подачи в них дутья и Qo(i) - в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с зависимостью

где i - номер фурмы;

n - число открытых фурм;

VТД(i) - расход топливной добавки на i-ю фурму, кг/мин;

Qo(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

Qn(i) - тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

VТД - суммарный расход топливной добавки на все фурмы, кг/мин.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в доменном производстве

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при управлении доменными печами

Изобретение относится к металлургии, в частности к доменному процессу

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля и управления работой доменной печи, и используется при ее реконструкции для комплексной автоматизации и оптимизации процесса доменной плавки

Изобретение относится к технике измерения распределения сыпучих материалов в технологических емкостях и может быть использовано при измерении показателей распределения шихтовых материалов на колошнике доменной печи

Изобретение относится к черной металлургии, к устройствам для производства чугуна в доменных печах с применением топливных добавок

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано для контроля технологического процесса в печах шахтного типа

Изобретение относится к устройствам уплотнения копья в отверстии при его введении в находящуюся под давлением емкость, в частности шахтную печь

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металла в шахтных печах из шихтовых материалов и твердого топлива, отличающихся электрическим сопротивлением, и может быть использовано для контроля распределения материалов в этих печах

Изобретение относится к области металлургии, точнее к способам контроля тепловых процессов в охлаждаемых тепловых агрегатах

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам контроля хода доменных печей

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами и может быть использовано для эффективного функционирования воздухонагревателя доменной печи

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для измерения уровня и профиля засыпи шихты в шахтных печах, в частности в доменной печи

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к контрольным устройствам доменной печи

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для контроля состояния футеровки горна доменной печи

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля работы доменных печей

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для определения топографии слоев в футеровке металлургического агрегата

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу определения оптимального радиального газораспределения в доменной печи

Изобретение относится к области металлургии, а именно к устройствам для контроля хода доменного процесса по окружности и своевременного его регулирования
Наверх