книги из ГПНТБ / Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна

решетки группы питателей. Полученная зависимость пред­ ставлена на рис. 39.

Исследования аэрационных питателей в групповом ре­ жиме работы показали, что изменяя параметры, определя­ ющие работу установки и питателей, можно эффективно ре­ гулировать не только производительность всей установки, но и отдельных питателей. Количественные оценки вли­ яния расхода воздуха и давления в питающем резер­ вуаре на производительность аэрационных питателей позво­ ляют в процессе работы изменять параметры ра­ боты питателей и доби­ ваться равномерного распределения угольной пыли по фурмам домен­ ной печи.

В период проведения опытных плавок перио­ дически осуществлялась корректировка работы аэрационных питателей. Этим достигалось рав­ номерное поступление угольной пыли по фур­ мам доменной печи, что позволяло добиться ус­ тойчивой работы домен­

ной печи при повышенном расходе угольной пыли (60—70 кг/т чугуна). Общая производительность установки определялась поддержанием определенного давления в питающем резервуаре, а изменение производительности отдельных питателей осуществлялось изменением расхода воздуха на питатель.

Трубопроводы пневмотранспортных установок для подачи пылеугольного топлива

Угольная пыль после дозирования в питателях попадает в транспортный трубопровод, в котором разгоняется сжа­ тым воздухом до скорости, необходимой для транспортиро­ вания. Абразивный износ горизонтального и вертикального участков пылепроводов при минимально необходимой ско­ рости транспортирования аэросмеси незначителен. При

125

изменении направления движения потока аэросмеси наблю­ дается значительный износ колен. Величина износа про­ порциональна весовой концентрации и скорости потока в третьей степени. Экспериментальные данные показывают, что в зависимости от свойств изнашиваемого материала, угла атаки, совокупности аэродинамических факторов за­ висимость износа от скорости потока может значительно отличаться от кубической. Так, по данным М. Е. Догина, износ колена пропорционален скорости потока в степени 4,1 и наблюдается в основном в секторе от 10 до 45°, а зона максимального износа находится в секторе 25—28° [22].

Работа по повышению износостойкости тракта подачи пылеугольного топлива проводилась в направлении: а) оп­ тимизации режима пневмотранспорта с целью снижения ско­ рости движения аэросмеси до минимально возможного уров­ ня; б) разработки новых конструкций наиболее изнашива­ ющихся элементов тракта подачи — поворотов и делите­ лей потока пыли; в) исследования абразивной стойкости различных материалов с целью выбора наиболее пригод­ ного для изготовления элементов тракта подачи.

Оптимизация режима пневмотранспорта позволила сни­ зить среднюю скорость движения аэросмеси по трубопро­ водам с 25—30 до 12—15 м/сек при концентрации материа­ ла 8—10 кг/м3 воздуха. Дальнейшее снижение скорости движения сопровождалось нарушением устойчивого ре­ жима пневмотранспорта и было невозможным в имеющих­ ся условиях. Это мероприятие способствовало значитель­ ному повышению стойкости трубопроводов. Повышение из­ носостойкости тракта подачи было достигнуто после вне­ дрения специальных конструкций поворотов, разработан­ ных Уралэнергочерметом (рис. 40). Особенностью этих элементов является сменная ударная пята, подвергающаяся максимальному износу при изменении направления движе­ ния потока материала. Повороты на 15, 30, 45 и 90° в ко­ личестве 50 шт. и делители потока испытывались во время непрерывных 4-месячных опытных плавок. Глубина из­ носа ударных пят трасс диаметром 25—100 мм не превы­ сила 5—10% их рабочей толщины, что дало основание рас­ считывать на их работу в данных условиях на протяжении нескольких лет.

В 1969—71 гг. совместно с Институтом проблем литья АН УССР были проведены исследования абразивной стой­ кости более 10 минералов (базальт, диабаз и т. п.). В ре­

126

зультате исследований в качестве основного материала для отливки опытной партии колен был выбран базальт. Эле­ менты тракта подачи, отлитые из базальта, монтируются в трубопровод с помощью металлического разъемного флан­ ца, охватывающего камнелитой элемент (рис. 41). Такой

Рис,- 40. Поворот трассы на 90® (а) и делители потока угольной пыли (б):

1 — выход потока угля; 2 — ударная пята; 3 выход потока угля; 4 — фланец.

метод монтажа обеспечивает плотное прилегание трубопро­ вода к камнелитой детали и разгружает относительно хруп­ кий элемент от действия изгибающих усилий. Смонтирован­ ные камнелитые колена находились в эксплуатации более 1000 ч. Осмотр внутренней поверхности после разреза колен не показал видимых следов абразивного износа.

127

Преимуществом камнелитых колен, по сравнению с ко­ ленами с ударной пятой, является значительно меньшее сопротивление движению аэрированного потока пыли. Од­ нако низкая ударная прочность базальта требует установки этих колен в местах, защищенных от вибрации и случай­ ных ударов. На трубопроводах для подачи угольной пыли к фурмам монтируется запорная арматура, делители пото-

Рис. 41. Конструкция крепления колена из каменного литья:

/ — камнелитой элемент; 2 —• соединительные фланцы; 3 — раскба; 4 — пылепровод.

ка аэросмеси и шаровые соединения для подключения тру­ бопроводов к устройствам для введения угля в фурменный прибор.

В зависимости от принятой схемы подачи угольной пыли, числа фурм и конструкции питателя количество пылепроводов ст распределительно-дозировочного отделения, под­ водимых к доменной печи, бывает различным. На первых отечественных опытных и промышленных установках под­ вод пыли к фурмам первоначально осуществлялся коль­ цевым коллектором переменного сечения [3]. Плохое ка­ чество распределения пыли по фурмам заставило в даль­ нейшем перейти к делению магистрального потока пыли с помощью специальных устройств-делителей, что заметно

128

улучшило распределение пылеугольного топлива. В ка­ честве делителей потока используются конусные, клиновые и бутылеобразные делители. Применение делителей не вле­ чет значительного усложнения конструкции установки, но связано с трудностями в ее наладке и эксплуатации. По данным фирмы Бабкок — Вилькокс [431, на заводе в Аш­ ленде делитель обеспечивает деление потока на восемь частей с точностью до ±3%. Такая точность может быть обеспечена за счет тщательного выравнивания гидравличе­ ских сопротивлений отходящих от делителя пылепроводов. Выравнивание сопротивлений производится либо подбо­ ром соответствующих длин и диаметров трубопродов, либо их калибровкой в местах подвода к фурмам при раз­ личных расходах вдуваемого угля. Все это вызывает зна­ чительные затруднения в проведении монтажных, ремонт­ ных и наладочных работ.

К недостаткам таких схем можно отнести: а) закупори­ вание трубопровода до делителя приводит к прекращению вдувания угля в фурмы, связанные с этим делителем; б) закупоривание трассы после делителя неизбежно ведет к перераспределению материала по свободным трубопроводам; в) отсутствие надежного приборного контроля за расходом пыли по трубопроводам не позволяет оценить равномер­ ность деления; г) отсутствие каких-либо способов испра­ вить возникающую по различным причинам (колебания дав­ ления дутья, неровный ход печи и т. д.) неравномерность деления приводит к потере управления за распределением пыли по фурмам.

В меньшей степени эти недостатки проявляются в уста­ новках с делением потока угольной пыли на две части (на заводе в Уэйртоне и Донецком металлургическом заводе).

В 1972 г. на протяжении четырех месяцев работала сме­ шанная схема включения питателей к фурмам: четыре фур­ мы из одиннадцати обеспечивались пылеугольным топли­ вом через два делителя потока, а остальные были включены непосредственно к патрубкам аэрационного питателя. Схема раздельного включения фурм позволила за счет увеличения числа пылепроводов полностью ликвидировать недостатки, присущие схемам с делителями. Появилась воз­ можность независимой регулировки расхода пыли в лю­ бом пылепроводе, и легко осуществлялось равномерное рас­ пределение ее по фурмам. При залегании пыли оперативно проводилась продувка трубопроводов без прекращения

подачи топлива через остальные трассы. Стал возможен Приборный контроль расхода угольной пыли по фурмам и создание системы автоматического распределения ее. Схема раздельного включения пылепроводов, как наибо­ лее перспективная, заложена в основу промышленной установки.

Узлы подключения пылепроводов к устройствам для введения угольной пыли в фурменный прибор не представ­ ляют особой сложности: они имеют два шаровых фланце­ вых соединения, позволяющих компенсировать неточности монтажа при смене фурм.

Устройства для введения пылеугольного топлива в доменную печь

Устройством для введения пылеугольного топлива в до­ менную печь заканчивается тракт подачи угольной пыли от распределительно-дозировочного отделения установки. От его надежности и технологичности в решающей сте­ пени зависит эффективность доменной плавки с примене­ нием угольной пыли.

Устройства для введения угля, работая в условиях высо­ ких температур и больших температурных перепадов, в условиях максимального абразивного износа движущимся материалом, должны обеспечить:

1)хорошее смешивание вдуваемого материала с горячим дутьем и достаточное время пребывания частиц угольной пыли в потоке горячего дутья для подготовки их к пол­ ному сгоранию в фурменной зоне; 2) визуальное наблюде­ ние за фурменным прибором и фурменной зоной через гля­ делку; 3) срок службы фурменного прибора не ниже вре­ мени его работы без вдувания угольной пыли; 4) сохране­ ние прежних условий обслуживания фурменного прибора во время его работы и при смене отдельных элементов.

Известные способы ввода угольной пыли, опробованные на заводах СССР и за рубежом, можно классифицировать по следующим группам:

1)ввод через фланец гляделки в полость сопла или фур­ мы соосно потоку горячего дутья;

2)ввод через стенку сопла соосно или под углом к пото­

ку горячего дутья; 3) ввод через фланец фурмы на периферию или в центр

потока горячего дутья;

130

4) ввод через специальные фурмы, размещенные между или над основными воздушными фурмами.

Из-за отсутствия надежных теоретических расчетов по горению угольной пыли с различными химическим и фрак­ ционным составами невозможно без длительной экспери­ ментальной работы определить оптимальное положение точки ввода угольной пыли от переднего среза фурмы. Такие эксперименты проведены на заводе фирмы Ханна Фурнасэ (США) [43].

Рис. 42. Конструкция сопла .для ввода пылеугольного топлива:

На заводе в Стэнтоне был опробован 1118] способ ввода пылеугольного топлива по трубке, введенной через стенку чугунного футерованного фурменного сопла, что позволило осуществлять наблюдение за фурменным очагом при по­ мощи обычной гляделки, однако утяжеление и несимметрич­ ность сопла затрудняли смену фурм. Конец трубки распо­

новки печи (рис. 42, б).

Фирма Армко на заводе в Ашленде на протяжении 1,5 лет промышленной эксплуатации успешно использовала способ ввода пылеугольного топлива через стенку сопла с помощью трубки из нержавеющей стали, установленной

«Запорожсталь» пылеугольное топливо подавалось через фла­ нец воздушной фурмы. Поскольку фурма подвергалась ин­ тенсивному абразивному износу, ее стойкость увеличи­ вали наплавкой внутренней поверхности сормайтом [57].

На Карагандинском и Западно-Сибирском металлурги­ ческих заводах во время опытных плавок ввод пылеуголь­ ного топлива в фурму осуществлялся через трубку, впаян­ ную в водоохлаждаемую полость фурмы. Стойкость таких фурм существенно снизилась из-за абразивного износа пылеподводящей трубки в месте ее изгиба при входе в фурму [3].

В1968—1972 гг. на Донецком металлургическом заво­ де во время опытных плавок с вдуванием пылеугольного топлива были испытаны различные варианты устройств для введения угольной пыли в фурму доменной печи. Опро­ бован способ ввода угольной пыли через трубку из нер­ жавеющей стали, проходящую через фланец гляделки под углом к оси футерованного сопла и по оси потока горячего дутья. Оптимальное место ввода угольной пыли, обеспе­ чивающее полное ее сгорание, определялось перемещением трубки по оси фурменного прибора. В период работы от­ мечалась значительная деформация трубки под действием высоких температур и вибрации.

Всвязи с этим был предложен способ ввода угольной пыли через прямую или гнутую по большому радиусу трубку, впаянную в водоохлаждаемую полость воздушной фурмы (рис. 43). Фурмы данной конструкции успешно ис-

132

пользовались для вдувания угля во время опытных пла­ вок общей продолжительностью около 300 суток.

Опыт эксплуатации фурм с прямой или гнутой по боль­ шому радиусу трубкой показывает, что их стойкость — более 4— 6 месяцев — практически не отличается от стой­ кости обычных фурм. Замена фурм происходила из-за дефектов изготовления и течи их в месте приварки пылеу­ гольной трубки к внутренней поверхности фурмы. Течь

Рис. 44. Воздушная фурма для вдувания пылеугольного топлива и природного газа:

1 подвод природного газа; 2 — фланец фурмы; S — подвод пыле­ угольного топлива; 4 — отбойник из керамики; 5 — корпус фурмы.

фурмы иногда обнаруживалась после 2—3-месячной эксплуа­ тации, что, видимо, объясняется коррозией места пайки или же плохим качеством пайки. Случаи абразивного из­ носа трубки или внутренней поверхности фурмы имели место лишь тогда, когда наблюдались грубые нарушения в качестве изготовления воздушной фурмы с подводом уголь­ ной пыли. При нарушении правил эксплуатации пылепод­ водящих устройств (прекращение подачи сжатого воз­ духа во время остановок вдувания угля) происходило за­ ливание трубки шлаком, что вызывало необходимость их чистки шомполами во время остановки печи.

В 1972 г. способ ввода пылеугольного топлива через фурму был основным. За четыре месяца работы доменной пе­ чи с вдуванием угля вышло из строя из-за прогара пять воздушных фурм против восьми в сопоставительном

133

2-месячном периоде работы печи без угольной пыли. Абра­ зивный износ трубок или внутренней поверхности фурмы (4 с лучая) объясняется излишним прогибом трубки при выходе из фурмы или малым отрывом потока пыли от

поверхности фурмы.

Потенциальным недостатком описанной конструкции фурмы является недостаточная подготовка угольной пыли к

Рис. 45. Сопло для ввода пылеугольного топлива через водоохлаждаемый фланец:

сжиганию до ее поступления в фурменную зону, что может стать причиной неполного сгорания угольной пыли в горне. Однако при достигнутых расходах угля (до 100 кгіт чу­ гуна) прямых признаков неполного сгорания угля не обна­ ружено.

Чтобы обеспечить лучшее смешивание пылеугольного топлива и природного газа с дутьем, уменьшить вероятность попадания шлака в трубку, предполагается отдалить место ввода пыли от среза фурмы и установить на выходе трубки распылитель, а подвод природного газа осуществить через полость фурмы навстречу потоку дутья (рис. 44).

134