13.7.3. Подача пылеугольного топлива в горн доменной печи

Подача пылеугольного топлива в горн доменной печи осуществляется путем его ввода в поток горячего дутья через сопло фурменного прибора или через воздушную фурму. Частицы ПУТ, попадая в поток высоконагретого дутья, практически мгновенно воспламеняются, а полное их сгорание происхо­дит уже в фурменном очаге.

Конструкция узла ввода ПУТ должна обеспечивать при заданном расхо­де пылеугольного топлива максимально полное взаимодействие углерода ПУТ с кислородом, полноту сгорания частиц угля у фурм и отсутствие контакта горящих частиц с внутренней поверхностью воздушной фурмы. В связи с этим одним из главных конструктивных параметров является расстояние от точки ввода ПУТ в поток дутья де среза воздушной фурмы (с учетом того, что ско­рость дутья в воздушной фурме достигает 160-200 м/сек).

В мировой практике опробовано достаточно много конструктивных ре­шений для ввода ПУТ в поток дутья, удовлетворяющих указанные выше тре­бования (рис. 13.7), однако, конструкции различных разработчиков имеют не­которые отличия. Так, например, в Японии считают, что пылеугольное топли­во следует подводить под углом 9-12° непосредственно к «рылу» воздушной фурмы, в Китае - в середине внутреннего стакана фурмы, в Германии - на расстоянии 150-200 мм до среза фурмы.

С повышением расходов ПУТ (см. табл. 13.3) вопрос обеспечения пол­ноты его сгорания приобрел особую актуальность, так как даже при идеаль­ном смешивании ПУТ с нагретым дутьем углерод угля не успевает в достаточ­ной степени прореагировать с кислородом дутья. В связи с этим в Европе наи­большее распространение получила конструкция узла ввода в виде коаксиаль­ной горелки, устанавливаемой в прилив сопла (рис. 13.7, д). В такой горелке по внутренней трубке обычно подается пылеугольное топливо, а по наружной -кислород, что способствует повышению количества кислорода, непосредствен­но контактирующего с частицами ПУТ, и, тем самым, интенсифицирует про­цесс горения топлива, повышая полноту его сгорания. Пылеугольное топливо подводится к горелке гибким шлангом в металлической оплетке, скорость по­дачи в сопло носителем (О₂, воздух, азот, природный газ) - 5-8 м/сек. Давле­ние носителя должно превышать давление дутья на 0,5-1,0 атм (49-98 кПa).

Г орючесть пылеугольного топлива обычно характеризуют коэффициен­том, учитывающим суммарное количество кислорода (содержащегося в угле, кислорода дутья и вдуваемого дополнительно), необходимого для окисления углерода и водорода пылеугольного топлива до СО₂ и Н₂О.

Не менее важное значение имеет температура воспламенения частиц ПУТ, которая зависит от ряда факторов и обычно составляет 600-700 °С (для углей, используемых для вдувания в доменную печь):

где С/О_пут - соотношение содержания углерода и кислорода в горючей массе измельченного угля;

% V_пут - содержание летучих в рабочей массе пылеугольного топлива;

v_{нarp пут} - скорость нагрева частиц пылеугольного топлива;

% О₂- концентрация кислорода в дутье с учетом вдуваемого дополнительно. Таким образом, полнота сгорания ПУТ - один из основных факторов, определяющих максимально возможный его расход (а значит и максимально возможное количество заменяемого ним кокса) и эффективность его примене­ния в целом. Она зависит от тонины помола (крупность частиц угля должна быть не более 80-90 мкм), содержания летучих веществ в ПУТ, температуры дутья и содержания в нем кислорода, условий контакта частиц ПУТ с кисло­родом дутья и дополнительно вдуваемым кислородом (т. е. конструкции узла ввода), расположения места ввода топлива в поток дутья. При высоком расхо­де пылеугольного топлива (200-250 кг/т чугуна) и неполном сгорании его ча­стиц в зоне циркуляции у фурм происходит накопление частиц ПУТ (в виде полукокса) в нижней части печи, которые засоряют коксовую насадку и «запутываются» в шлаке, ухудшая газопроницаемость столба шихты и условия дре­нажа продуктов плавки в горне. Возможно также повышение содержания уг­лерода в колошниковой пыли вследствие выноса из печи несгоревших части­чек угля. Как правило, в таких случаях применяется периодическая «промыв­ка» горна путем загрузки в печь сварочного шлака или марганцевой руды.

При вдувании пылеугольного топлива важно также обеспечить равно­мерное его распределение по воздушным фурмам. С этой целью во всех техно­логических схемах пылевдувания предусмотрены различные технические ре­шения, например, подача пылеугольного топлива от распределителя к каждой воздушной фурме по трубопроводам с одинаковым гидравлическим сопротив­лением. Более перспективным является использование сопла Лаваля - стабили­затора расхода ПУТ, устанавливаемого на трубопроводе к воздушной фурме. Сопло Лаваля создает высокие скорости потока на выходе, при этом разные гидравлические сопротивления трубопроводов не оказывают определяющего влияния на расход пылеугольного топлива. Оптимальная равномерность рас­пределения пылеугольного топлива достигается при условии, когда отклоне­ния от заданного расхода между двумя любыми трубопроводами к фурмам находятся в пределах ±3-5% (рис. 13.8).

Подача пылеугольного топлива в горн доменной печи через все воздуш­ные фурмы, как правило, сопровождается ровным сходом шихты, но при этом, тем не менее, наблюдается тенденция развития периферийного хода, что сни­жает эффективность замены кокса пылеугольным топливом. Поэтому требу­ется изменение режима загрузки шихтовых материалов на колошнике.

Практика вдувания пылеугольного топлива показывает, что для обеспече­ния эффективного контроля работы газового потока целесообразно оборудовать доменную печь не только радиальным, но и вертикальным зондированием.

При увеличении расхода пылеугольного топлива увеличи­вается окислительная зона, в том числе за счет кислорода угля. Применение пылеугольного топ­лива в количестве 100-150 кг/т чугуна взамен природного газа уменьшает выход горновых га­зов с 2250 до 2000 м³/т чугуна. С увеличением крупности помо­ла угля (200-300 мкм) коэффи­циент замены кокса уменьшает­ся. Теоретическая температура в очагах горения снижается на 1,3-1,6°С в расчете на 1 кг пылеугольного топлива.

Внедрение технологии доменной плавки с использова­нием пылеугольного топлива дает значительную экономию углей. Для производства 1 т пылеугольного топлива требуется 1,15 т угольного концентрата с влажностью 14%, а для производства 1 т кокса 6%-ной влажности требуется 1,35-1,4 т ших­ты 4%-ной влажности. Кроме этого, уменьшение потребности в коксе за счет применения пылеугольного топлива позволяет вывести из коксовой шихты угли слабоспекающихся и неспекающихся марок, что улучшает металлургические свойства кокса - ситовой состав, механическую и термическую прочность.

Наиболее низкий расход кокса при вдувании пылеугольного топлива (290 кг/т чугуна) достигнут в Японии (фирма NKK).