7.4.2 Вдування пиловугільного палива

Перевагою подрібненого некоксівного вугілля (ПВП), що вдувається в зону горіння доменної печі, є його низька вартість у порівнянні з іншими замінниками коксу, великі запаси і висока теплота згорання біля фурм (для вугілля різних марок вона складає від 5,3 до 7,5 МДж/кг). Внаслідок високої теплотворної здатності і помірного утворення газів – продуктів згорання ПВП може забезпечувати найбільш високі витрати – до 50 % питомої витрати коксу.

Щодо ресурсів слід зазначити, що більше 70% світових і 92% українських ресурсів мінеральних палив представлені вугіллям, причому частка його марок, придатних до спікання, складає в Україні лише 15-20%, решта вугілля марок А, П, Г є суттєвим ресурсом для ПВП. До речі вугілля цих трьох марок є найбільш використовуваним в світовій практиці виробництва і вдування ПВП. Характеристика марок вугілля згідно з ДСТУ 3472-96 наведена в таблиці 7.1.

Однак вдування вугільного пилу пов’язане з труднощами його підготовки (подрібнення, сушіння, транспортування, тощо) і значними капітальними витратами. Це в значній мірі заважало поширенню технології плавки з вдуванням ПВП в СНД, де тривалий час головним замінником коксу був і залишається природний газ – паливо, яке не викликало складнощів для подавання в горн доменної печі. В останні роки у зв’язку з суттєвим подорожчанням природного газу становище змінилося – вугільний пил розглядається майже як безальтернативний замінник коксу.

Таблиця 7.1 Позначення та деякі класифікаційні показники бурого, кам’яного вугілля та антрациту.

Аналоги				Вихід летких речовин, %	Вміст вуглецю, %	Теплота згоряння, МДж/кг
Український		Російський
Марка вугілля	Позначення марки	Марка вугілля	Позначення марки
Буре	Б	Бурый	Б	50-70	< 76	28,89-31,40
Довгопо- лум’яне	Д	Длинно-пламенный	Д	35-50	76	31,40-33,50
Довгопо- лум’яне газове	ДГ	Длинно-пламенный газовый	ДГ	39-45	83	22,57-31,57
Газове	Г	Газовый	Г	33-46	85	33,08-36,00
Жирне	Ж	Жирный	Ж	28-36	86	34,75-36,43
Коксівне	К	Коксовый	К	18-28	88	35,17-36,43
Піснувате спікливе	ПС	Отощенный спекающийся	ОС	14-22	89	35,38-36,76
Пісне	П	Тощий	Т	8-18	90	30,57-36,64
Антрацит	А	Антрацит	А	< 8	> 91	33,92-36,64

В якості матеріалу для пилоприготування в Україні Вуглехімічним інститутом (м. Харків) рекомендується використовувати концентрати вугілля марок П, ДГ, ПС, Г, Д. Вугільні концентрати таких марок пропонують збагачувальні фабрики України: Павлоградська, Кіндратівська, Вуглегірська, Курахівська та Моспінська. Зольність концентратів не повинна перевищувати 8-12% і мати якомога менший відсоток сірки. Помел вугілля повинен забезпечувати вміст фракції нижче 90 мкм не менш 80%.

С.Л.Ярошевський із співробітниками вважає доцільним використання для виробництва ПВП також і антрациту як добавку в суміш з двох або трьох компонентів. Основними постачальниками концентратів марок антрациту є збагачувальні підприємства Луганської області – фабрики Міусинська, «Известия», Вахрущевська, Комендантська, «Червонопартизанська» та ін.

Подавання ПВП в горн доменної печі здійснюється шляхом введення його в потік гарячого дуття крізь сопло фурменого пристрою, або крізь повітряну фурму. Частинки вугілля миттєво спалахують в дуттьовому потоці, а їх повне згорання відбувається у фурменому вогнищі. При високих витратах ПВП умови згорання палива погіршуються, що веде до накопичення неспаленого вуглецю в горні, погіршенню газопроникності і дренажної здатності коксової насадки.

Повноту згорання вугільного пилу забезпечує розповсюджений в Європі коаксіальний пальник, що встановлюється в сопло. В такому пальнику по внутрішній трубці подається ПВП, а по зовнішній – кисень. Це сприяє підвищенню кількості кисню безпосередньо контактуючою з вугільним пилом, що інтенсифікує процес горіння. Швидкість подавання ПВП в сопло носієм (О₂, повітря, N₂, природний газ)– 5-8 м/с. Тиск носія повинен перевищувати тиск гарячого дуття на 0,5-1,0 бар (49-98 кПа).

Головним наслідком дії подрібненого вугілля на доменний процес є безпосередня заміна вуглецю коксу вуглецем вугілля. Тому коефіцієнт заміни коксу ПВП, перш за все, залежить від вмісту у вугільному пилу вуглецю. Чим менше у вугіллі золи, сірки і вологи тим вище значення коефіцієнту. Коефіцієнт заміни коксу вугіллям із вмістом летючих речовин в межах 35-40% складає 0,75-0,85 кг/кг. При застосуванні ПВП з більшою теплотою згорання коефіцієнт заміни зростає до 1,0-1,1 кг/кг в залежності від умов плавки і перш за все теплової компенсації. Оскільки вугілля вдувається холодним, то для підтримання постійної теоретичної температури горіння слід підвищувати температуру дуття, або вміст в ньому кисню.

Слід зазначити, що за умов використання залізорудних матеріалів і коксу низької якості коефіцієнти заміни коксу пиловугільним паливом суттєво знижуються. Досвід країн, доменні печі яких працюють в сприятливих сировинних та експлуатаційних умовах,свідчить про те, що поряд з незаперечними перевагами, ПВП справляє на доменний процес і негативний вплив. Так, збільшення витрати вугільного пилу веде до зростання як верхнього, так і нижнього перепадів тиску (рис.7.5), що заважає форсувати плавку з одного боку внаслідок можливості підвисання шихти (досягнення критичного перепаду тисків), з другого боку обмеженою потужністю повітродувної машини, якщо технологи підвищать тиск газів в робочому просторі печі для запобігання підвисання.

Рис. 7.5. Вплив витрати пиловугільного палива на часткові перепади тиску в доменній печі №3 об’ємом 1845 м³ заводу в Кобе (Японія) при низькій степені збагачення дуття киснем

Причинами зростання перепадів тиску в доменних печах із збільшенням витрати ПВП є незворотні зміни в стовпі шихтових матеріалів. Перш за все підвищення витрати вугільного пилу означає високе рудне навантаження, тобто зменшення частки газопроникного коксу в доменні шихті взагалі. Це погіршує газопроникність стовпа шихти.

По друге, внаслідок відволікання кисню дуття на газифікацію ПВП погіршуються умови спалювання коксу на фурмах. Акумулювання неспаленого вугільного пилу і утворення в коксовій насадці напівкоксу з цього пилу також погіршують газифікацію коксу.

Посилення периферійного потоку газу, викликане цим зростання кількості розплавів біля стін сприяють ерозії вогнетривкої футерівки печі і таким чином зменшують термін її експлуатації.

Для запобігання неефективного впровадження ПВП – технології С.Л.Ярошевським запропонована наукова методика, заснована на повній і комплексній компенсації негативного впливу ПВП на доменний процес. Сутність методики полягає в тому, щоб при впровадженні ПВП- технології були максимально задіяні всі компенсаційні фактори, які самі по собі позитивно впливають на роботу печі. Це високий рівень якості залізорудної сировини і коксу, параметри дуття і пічного газу, високий рівень якості самого ПВП - низькозольність, низькосірчаність і раціональний вміст летких.

В Україні в 2015 році установки для вдування ПВП впроваджено на 10 доменних печах металургійного заводу ПАТ «Донецьксталь», металургійних комбінатів Алчевського, Маріупольського ім. Ілліча «Дніпровського» і «Запоріжсталі». Найвища витрата вугільного пилу за тривалий проміжок часу досягнута на печі №2 Донецького металургійного заводу – 170-180 кг/т чавуну.