Способ регулирования теплового состояния доменной печи

 

О П И С А П И Е ()988871

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социалистические

Ресяубл

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 16 06.81- (21) 3300413/22-02с прнсоединеннем заявки ЭЙ (23) Приоритет

Опубликовано 15,01.83. Бюллетень М2

Дата опублнковання описания 15.01 83

{5l }М. Кл.

С 21 В 7/24

5куйэрстеенкьй кевктет.:СССР ао аелэи изебретенкк и открыткй (®) УЙ К 669.162. .267.4(088.8) В.С.Новиков, В,В.фролов, А.В.Чейцов,;;:С.B,,Iàýðèí и В.А.Шатлов . с (72) Авторы изобретения

Институт металлургии Уральского научна -о - цетятза, АН СССР

----.. (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ

ДОКЕННОИ ПЕЧИ

Изобретение относится к черной металлургии, к производству чугуна в доменных печах и посвящено реше"

we технической задачи - реализации возможности уменьшения расхода углеводородных добавок в периоды горя5 чего хода-печи, с целью снижения за счет этого расхода топлива и повы.шения производительности печи, Наиболее близким к изобретению является способ регулирования теплового состояния доменной плавки, включающий использование в качестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью путем изменения расхода углеводородной добавки и пара для увлажнения дутья g 1)., 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 недоста2 точности 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/мэ влажности дутья или на 0,46 -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 черезмерного заниженияверхнего предела расхода пара (в пре" деле до нуля) расход кокса может даже повыситься как по указанным причинам, так и из-за того, что обслужи-

988871 вающий персонал печи стремится иметь непосредственный запас тепла в виде повышенного (против нормального) среднего уровня нагрева продуктов плавки, не располагая запасом тепла в виде S пара или температуры дутья, Поэтому задача состоит в том, чтобы уменьшить расход пара (в общем случае влажность дутья), но таким образой3 чтобы диапазон регулирова- 16 ния, обеспечиваемый этим уменьшенным количествам пара, остался без изменений. Только в этом случае экономия кокса будет бесспорной.

Решение этой задачи связано с ис- 1 пользованием в качестве регулирующего параметра углеводородных добавок, Однако известно, что регулирование углеводородными добавками затруднено из-за плохого качества регули- 26 рования. Это обусловлено тем, что все используемые на практике углеводородные добавки имеют в своем составе предельные углеводороды, на разложение которых в горне печи расходуется значительное количество тепла. Поэтому повышение, например расхода мазута или природного газа, с целью устранения похолодания, приводит сначала даже к усилению похо- 36 лодания вследствие понижения температуры газов в фурменных очагах (теоретическая температура горения понижается на 50-60 С на 13 природного газа к дутью и на 33-4 С на каждый 33 грамм мазута в 1 м дутья). По этой причине во многих случаях, в частности при наличии сравнительно высокочастотных колебаний теплового состояния, обусловленных, например 6 нестабильностью сырья, этот способ не может быть использован, По способу доменной плавки, регламентированному технологической инструкцией (прототипом) предусматривается и прием корректировки теплового состояния путем одновременного изменения расхода пара и углеводородных добавок. Гак, в (13 записано, что подачу в горн печи природного 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 теплового состояния печи осуществляется уже с помощью пара, расхода

ДУТЬЯ, РУДНОЙ НаГРУЗКИ И т.Дад т.в. 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 60-954 от расхода тепла на разложение одного пара..

Расход тепла на разложение пара (или тепловой эффект образования) равен 57,8 ккал/моль или 3210 ккал/кг на разложениеметана -17,89 ккал/моль или 800 ккал/м, на разложение природного газа - 850-860 ккал/м3, на разложение безводного мазута и нефти - 2100 кДж/кг или 550 ккал/кг, а с учетом воды 500(1-г)-3790/êêàë/êã водномазутной смеси, где - доля воды в смеси, кг/кг.

Следовательно, в случае использования в качестве углеводородной добавки к дутью природного газа указанные пределы (60-954) легко преобразуются в коэффициенты связи между паром и природным газом

3210-855 ПГ 0 60-0 95

3210 откуда ПГ=-(0,2-1,5) м /кг пара, Аналогично определяются коэффициенты связи пара с другими углеводородными добавками, в частности c безводным мазутом и нефтью откуда Ь M=-(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 нера988871

6 чества сжигаемого углерода повышается примерно на венство нулю расхода пара однозначно свидетельствует об избытке тепла в печи, а, следовательно, и об избытке поступления в нее топлива (точнее в фурменные очаги). S

Поэтому по предлагаемому способу расход топлива, а именно углеводородного, а этот период работы печи уменьшают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнительного разогрева печи, неизбежного при использовании способа по авт. св, У 395376, И наоборот, а случае:похолодания печи, обусловленного тем, что в этом случае а печь поступает меньше топлива, чем это необкодимо, расход топлива повышают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнительного похолодания печи. При этом ди- 2Г) апазон регулирования расширяется, а регулирующие свойства "смеси параметров" могут быть выбраны такими (эа счет изменения соотношения между паром и углеводородной добавкой), чтобы они наилучшим образом соответствовали выбранному показателю теплового состояния печи, Иллюстрируют эти положения, а также и другие преимущества предлага- 39 емого способа по сравнению с прототипом для случая использования в качестве углеводородсодержащей добавки природного газа при коэффициенте связи между паром и природным газом

0,41, 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 40 значения, соответствующего закрытому пару.

8 этом случае происходят следующие изменения по сравнению с прототипом. 45

Если верхний предел расхода пара остается без изменений и равным, .например 3000 кг/ч, то экономия природного газа ПГ составляет

= 20 т/сут.

Кислород дутья в периоды горячеS

ro хода печи в меньшей степени рас" ходуется на сжигание излишнего топлива, поэтому производительность печи только за счет уменьшения колиХ ЬПГ 0,41 ° =6!5 м /ч или

14,76 тыс.м /сут. где 0,55 — содержание углерода в природном газе, кг/м )

400 - количество углерода сжигаемого у фурм в кг на 1 т чугуна, Пар воздействует на тепловое сос" тояние печи сложным образом, Для него характерно наличие переходного процесса, который обусловлен тем, что примерно 403 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 .3210 (I-0,4)

1926 ккал/кг. 8 предлагаемом способе при указанном соотношении между ПГ и паром количестве газов-восстановителей не изменяется:! 1,24-0,41(2,0- . 0,55)=0)0 24 где 1,24 - выход водорода иэ кг пара 2 0 - аыхОд водорода из м при» родного газа, . 0,55 - выход СО Ииз 1 и природного Газа

Переходного процесса нет, следовательно указанная "смесь" параметроа является идеальным регулятором теплового состояния особенно тогда, когда в качестве показателей теплового состояния печи выбирают такие, которые оцениваются беэ опережения (температура и состав чугуна, светимость фурм и продуктов плавки, скорость схода подач и т,п.}, "Стоимость" 1 кг пара в пересче те на кокс составляет 0,46-0,53 кг, а "стоимость" 0,41 м природного газа 0,41 ° 0,8=0,33 кг (0,8 - коэффициент замены кокса газом), Следовательно, стоимость "смеси параметроа" составляет (0)46"0)53+4)33=0)79

0;86 кг, что в 1,62-1,7 раза больше

"стоимости" 1 кг пара. Это оэнача" ет, что ао столько же раэ расширяется диапазон регулирования, за счет этого повышается качество чугуна и уменьшается частота глубоких рас- стройств печи. Если же существовавший до использования предлагаемого способа диапазон регулирования был достаточным, то при том же диапазо7 98887 не регулирования верхний предел расхода пара уменьшается с 3000 до

=1750-1850 кг/ч. В этом

1,62-1,72 случае зкономия природного газа соответственно уменьшается в 1,621,72 раза, но остается достаточно

14,76 высокой и равной - - 1 =8,63 10

9,l тыс. м /сут, Полученную зкономию природного газа можно оставить в качестве таковой, а можно повысить средний расход природного газа до прежнего базового уровня и получить .за счет этого. снижение расхода кокса на (8,69,1) 0,8=6,9-,7,3 т/сут, где 0,8— коэффициент замены кокса природным газом.

26

При уменьшении значения Ь ПГ эффективность предлагаемого. способа соответственно и линейно уменьшается, но принципиальных трудностей его осуществления не возникает, Поэтому указанный верхний предел по теплотам разложения (953), соответствующий коэффициенту связи между, паром и природным газом 0,2 (т.е. ПГ=

=0,2 мз/кг пара), или паром и безводным жидким топливом 0,3 (ЬМ=

=-0,3 Кг/кг пара) обосновывается тем, что меньшие по абсолютной величине значения ЬПГ и b M уже трудно различимы на шкалах приборов "Расход природного газа" и "Расход жидко- З го топлива".

Напротив, повышение коэффициента связи сопровождается соответствующим повышением эффективности способа, но при этом регулирующие свойства

"смеси параметров" начинают постепенно усложняться, Например, при АФПГ=

=-(0,9-1,0) м /кг пара теоретическая температура горения остается без

4$ изменений и охлаждение печи происходит только за счет уменьшения количества газов-восстановителей на 1 .1,244-1 {2+=-ф — 0,55 =-1 78 м /кг

22,4 3 пара и за счет повышения интенсивности схода подач, Такое регулирование не только возможно, но иногда даже предпочтительнее, а именно в том случае, когда в качестве показателя теплового состояния доменной печи используется, например состав колошникового газа, т.е. тогда, когда регулирование имеет своей целью устранение возмущений, 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 (Ь ПГ= ъ

=-1,5 M /м napa) или между паром и безводным жидким топливом 2,5 (hM-=

=-2,5 кг/кг пара) следует ожидать уже 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 чугуна в год, Верхний предел по расходу установлен на каждой печи, равным 3000 кг/ч а s целом по цеху 18000 кг/ч. Таким образом, расход пара колеблется в пределах от 0 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 м /ч, Рассматривают ситуацию, когда печь по тем или иным причинам начинает разогреваться, и обслуживающий пер-. сонал 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 природйого газа изменяют одновременно в таком соотношении, что суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки составляет 60-953 от расхода тепла на разложение одного пара, Расход тепла на разложение пара составляет 3210 ккал/кг

I 9 98 а на разложение природного газа

860 ккал/м, tlo этим данным указанные пределы (60-953) аегко преобразуются в пределы соотношений между паром и природным газом

210+860 ЬПГ -О 6+О 5

У У откуда следует, что АФПГ=- (0,21,5 м /кг пара, т.е. увеличение или уменьшение расхода пара с целью корI рекции теплового состояния доменной печи должно согласно прилагаемому способу сопровождаться соответственно уменьшением или увеличением расхода природного газа на 0,2-1,5 и /кг пара.

Для дальнейшей иллюстрации способа выбирают среднее значение ЬПГ=

-0,85 и ./кг пара. з

В рассматриваемом примере расход пара увеличивают на 10000 icr/÷. Следовательно, расход природного газа необходимо уменьшить на 1000 0,85=

=850 м /ч,и он составляет 10000-850=

=9150 м /ч, В случае похолодания печи расход пара как обычно уменьшают, 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 0,85=9575 м /ч. Еслиже пар закрывают полностью, то расход при- родного газа повышают до базового уровня, соответствующего закрытому пару, т,е, до 100ОО м /ч. При этом не имеет значения какой информацией пользуется обслуживающий персонал, изменяя расход пара. На экономическую эффективность предлагаемого способа не оказывают влияния и допускаемые при этом ошибки, Важно лишь

8871 10 . 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 !

В способа работы при различных соотношениях между паром и природным газом подробно рассмотрены, поэтому в рассматриваемом примере ограничива-.

-ются оценкой конечных результатов

1% применительно к базовому объекту.

Использование изобретения обеспечивает снижение себестоимости чугуна на 0,127 руб/т.

Формула изобретения

Способ регулирования теплового состояния доменной печи, включающий

25 использование в качестве топлива . кокса и углеводородных добавок к дутью путем одновременного изменения расхода углеводородной добавки и пара для увлажнения дутья, о т л иу ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения зкономии топлива и повышения производительности доменной печи, расход пара и углеводородной добавки изменяют в соотношении, обес» печивающем суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки, равный

60-953 от расхода тепла на разложение одного пара, 4D Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Типовая. технологическая инструкция по доменному производству, Днепропетровск. 1977, равд. V u VII.

Составитель Б.Раковский

Редактор Е.Лазуренко Техред К.Иыцьо Корректор С.Шекмар

10993/34 ираж 566 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений. и открытий

113035, Иосква, Ж-39, Раушская наб., д. 4/5 илиал ПП Патент, r, жгород, ул. роектная,