Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна

..pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
6.75 Mб
Скачать

угольным топливом для условий доменной печи № 3 Донецкого металлургического завода*. По условиям рас­ чета приняли, что при вдувании пылеугольного топлива возможности компенсации его охлаждающего влияния за счет изменения температурно-дутьевого режима отсутству­ ют, единица углерода кокса заменяется единицей углеро­ да пыли, приход водорода на единицу шихты сохраняет­ ся постоянным. Расчет выполнен для следующих марок углей: тощего, полуантрацита и длиннопламенного (табл. 6.)

Таблица 6

Химический состав углей, применяемых для вдувания в горн доменной печи, %

Марка угля

с

н

S

о.

Nj

Зола

Влага

Длиннопламенный

62,1

4,50

2,37

9,55

1,31

17,3

1,0

Тощий..................

72,3

3,37

1,84

1,12

1,20

18,3

1,0

Антрацит

76,8

1,64

1,23

1,23

0,65

16,3

1,0

Как видно из рис. 3, замена природного газа пыле­ угольным топливом экономически выгодна: при вдувании 100 кг/т чугуна пылеугольного топлива расход кокса сни­ жается на 90— 130 кг/т чугуна, природного газа — на 20 м3/ч

чугуна

и стоимость топлива — на 0,9—3,0 руб/т чугуна.

В

настоящее время

на металлургических

заводах

в Донецке и Запорожье,

а также на заводе Гута

Флориан

в Польше проведены промышленные плавки, полностью под­ твердившие высокую экономическую эффективность приме­ нения природного газа в сочетании с пылеугольным топли­ вом. При вдувании в горн 20—80 кг угольной пыли на 1 т чугуна расход кокса снизился на 3,5—15,0%, природ­ ного газа — на 5,5—18 м3 и стоимость топлива — на 1 — 3 руб. Коэффициент замены кокса пылеугольным топливом, как правило, был равен или превышал 1, производитель­ ность печи и качество чугуна существенно не изменились. Фактическая эффективность применения комбинированного дутья увеличилась вдвое по сравнению с плавкой при вдува­ нии одного природного газа [53, 60, 120].

Расчет эффективности применения природного газа в сочетании

с пылеугольным топливом выполнен 3. К- Афанасьевой (ДонНЙИ-

.чермет).

20

В заключение

рассмотрим вопрос об

экономических

и технологических

преимуществах вдувания

в горн домен­

ной печи различных сортов каменного угля.

По данным [92], наибольшее снижение расхода кокса наблюдается при применении углей с максимальным содер­ жанием углерода. В частности, вдувание антрацита обеспе­

чивает большую на

30% экономию кокса по сравнению

с вдуванием газовых

углей.

Расход пылеугольного т оплива.кг/т 'чугуна

Рис. 3. Графики зависимости основных технико-экономических пока­ зателей плавки от расхода пылеугольного топлива:

Д — длиннопламенный уголь; Г — тощий; А — антрацит. Снижение показателя I — 0; II — 2% на каждые 100 кг/т чугуна угольной пыли; III — 5% на

каждые 100 кгіпг чугуна угольной пыли.

По данным расчета английских исследователей, выпол­ ненного для условий металлургического завода в Стентоне, замена тощих углей с содержанием 6,2—6,9% летучих углями с содержанием 27,2—33,3% сопровождалась сокра­ щением расхода кокса от 87,5—86,5 до 69,5—77,0 кг/т чугуна при практически постоянной производительности печей [16]. Вывод об экономических преимуществах вдува­ ния углей с минимальным содержанием летучих подтвер­ ждается и другими исследователями [98, 99, 117].

Проведенные во Франции длительные промышленные испытания подтвердили высокую экономическую эффектив­

21

ность вдувания в горн доменной печи как лотарингских углей, содержащих 34,5% летучих; 7,9% золы; 0,8% серы;

1,9% влаги, так

и тощих углей месторождения Оверн, со­

держащих 6,6%

летучих; 9,3% золы; 0,6% серы;

1,1%

влаги.

 

 

 

Полученная экономия кокса (19,2 и 19,5%) и приведенные

к

равным условиям коэффициенты замены топлива

(1,03

и

1,09) при вдувании в горн 108 и ПО кг/т чугуна испытуе­

мых углей не дают оснований отдать предпочтение тощему или длиннопламенному углю [16, 951. Таким образом, тео­ ретически полученный вывод о преимуществах углей’ с по­ вышенным содержанием углерода не подтвержден опыт­ ными плавками. Полученное противоречие, видимо, можно объяснить недостаточно строгим учетом влияния летучих угольной пыли на показатель rd и расход кокса.

При работе доменных печей с вдуванием природного газа и угля вопрос о предпочтительности того или иного вида угля решается более определенно. Позже нами будут рассмотрены технологические преимущества вдувания в горн

летучих

составляющих

угля по сравнению

с

вдуванием

сырого

природного газа. Для экономической

же оценки

можно

считать, что водород летучих угля по

тепловым

за­

тратам

эквивалентен

водороду природного

газа, так

же

как и углерод кокса эквивалентен углероду угольной пыли. Данное предположение сделано на основании анализа опыта применения пылеугольного топлива в СССР и за рубежом

[3, 92, 95, ПО, 118].

Длительный опыт применения природного' газа для выплавки чугуна показал наличие экстремальной зависи­ мости между расходом природного газа и расходом кокса [47, 67, 87, 115]. Поэтому в выполненном нами расчете при­ нято условие сохранения на исходном уровне прихода

водорода

на единицу шихты. Таким образом,

по условиям

расчетов

меньшая часть угольной пыли (летучие) расхо­

дуется в

горне на

замещение

водорода природного газа,

а большая часть

(нелетучий

углерод) — на

замещение

углерода

кокса.

 

 

 

При сложившемся соотношении цен на природный газ, каменный уголь и кокс и работе доменной печи с примене­ нием природного газа наибольшее снижение расхода кокса и себестоимости чугуна может быть получено при вдува­ нии углей с минимальным содержанием летучих и макси­ мальным — нелетучего углерода (см. рис. 3).

22

Вопрос о содержании золы в углях, вдуваемых в горн, не является дискуссионным, несмотря на успешный опыт вдувания в горн углей с содержанием золы до 40%. Как расчеты, так и практика работы печей подтверждают эко­ номическую и технологическую целесообразность приме­ нения углей с минимальным содержанием золы и макси­ мальным содержанием углерода. Как правило, эффек­ тивность применения угольной пыли при увеличении содержания в угле углерода значительно возрастает, что полностью окупает высокую стоимость этих углей.

В силу минимального влияния пылеугольного топлива на снижение нагрева горна и изменение выхода горновых газов применение данного вида топлива является пред­ почтительным и даже единственно целесообразным в не­ которых специфических условиях доменной плавки. Так, пылеугольное топливо может обеспечить значительное снижение расхода кокса при выплавке специальных видов чугуна, требующих высоких нагрева горна и относитель­ ного расхода кокса.

Имеется успешный практический опыт применения пы­ леугольного топлива для выплавки ферромарганца на Ново-Тульском заводе, ферросилиция — на металлургиче­ ском заводе им. Дзержинского, литейного чугуна — на металлургических заводах в Стентоне (Англия) и Уиртоне (США). В то же время применение, например, природного газа в тех же условиях нецелесообразно или малоэффектив­ но, что подтверждается как теоретически, так и опытом работы печей [87].

При выплавке передельного чугуна с высоким исходным расходом кокса и при недостаточных возможностях ком­ пенсации охлаждающего влияния дополнительного топ­ лива применение пылеугольного топлива является наи­ более эффективным, поскольку обеспечивает как общее сокращение расхода углерода, так и замену значительной части кокса углем. При работе доменной печи на частич­ но металлизированной шихте отмечается значительное со­ кращение потребности в газе-восстановителе. Вдувание природного газа в данных условиях становится нецеле­ сообразным, а применение пылеугольного топлива являет­ ся единственно возможным и эффективным, поскольку не вызывает существенного изменения выхода восстанови­ тельных газов и температурного режима горна. Условия использования восстановительной энергии горнового газа

23

при этом улучшаются благодаря снижению расхода кокса и, следовательно, увеличению времени контакта газа-вос­ становителя с железорудной частью шихты.

** *

Выполненный анализ подтверждает технологические пре­ имущества применения пылеугольного топлива для выплав­ ки чугуна по сравнению с мазутом или природным газом. Благодаря низкому выходу продуктов горения и мини­ мальному воздействию на температурный режим горна пылеугольное топливо при равных технологических усло­ виях может обеспечить в 2—3 раза большее сокращение расхода кокса по сравнению с вдуванием мазута или при­ родного газа.

Теоретические расчеты и опытные плавки подтверждают возможность замены до 40% кокса дополнительным видом топлива.

На наш взгляд, при вдувании в горн природного газа дальнейшее снижение расхода кокса и повышение эффек­ тивности комбинированного дутья наиболее целесообразно

осуществить за

счет применения пылеугольного топ­

лива, поскольку

последнее потребует в 2—3 раза меньше

дополнительных

капитальных вложений и эксплуатаци­

онных затрат на повышение температуры дутья или обо­ гащение его кислородом.

Применение пылеугольного топлива может оказаться весьма эффективным и обеспечить значительное снижение расхода кокса и себестоимости чугуна при выплавке спе­ циальных видов чугуна— ферросилиция, ферромарганца или литейного, а также передельного чугуна с высоким исходным расходом кокса (900—1000 кг/т чугуна) при применении предварительно восстановленной шихты. При­ менение мазута или природного газа в этих технологи­ ческих условиях нецелесообразно или малоэффективно.

Максимальная эффективность применения пылеуголь­ ного топлива, так же как и мазута или природного газа, обе­ спечивается при одновременном внедрении мероприятий, способствующих повышению температур в горне и улучше­ нию газодинамического режима плазки. К таким мероприя­ тиям относятся, в первую очередь, повышение темпера­ туры дутья и содержания в нем кислорода, улучшение фрак­ ционного состава шихты, снижение расхода флюсов и выхода шлака, повышение давления газов в печи и др.

Г лава I I

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

В СОЧЕТАНИИ С ПЫЛЕУГОЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ

Рассмотренные ранее аналитические работы представ­ ляют определенный интерес для качественной оценки эффективности применения разных видов топлива. Прин­ ципиальным методическим недостатком большинства этих работ является необоснованность принимаемых исходных условий [99, 112, 114, 117]. К таким условиям относятся, прежде всего, сохранение на исходном уровне таких пара­ метров, как теоретическая температура горения; выход горновых газов в единицу времени; степень использования восстановительной энергии газов.

Как показывает опыт, при вдувании разных видов до­ полнительных топлив перечисленные показатели обычно существенно изменяются, вызывая изменения работы печи и эффективности нового технологического режима. В на­ стоящей главе предпринята попытка учесть влияние дополнительного топлива на тёмпературный, газодинамиче­ ский и другие режимы плавки и найти параметры, опреде­ ляющие максимальный расход и эффективность примене­ ния топлива в конкретных технологических условиях.

Распределение температур по высоте печи и нормы компенсации охлаждающего влияния

дополнительного топлива

Предположение о том, что при вдувании в горн допол­ нительного топлива теоретическая температура горения газов сохраняется на исходном уровне, справедливо для работы теплоэнергетических агрегатов, но не имеет сколько-ни-

25

будь убедительного технологического обоснования для до­ менной печи. Как правило, максимальный экономический эффект от вдувания топлива достигается при некотором снижении теоретических температур горения.

Опытом работы печей подтверждено, что при компенса­ ции охлаждающего влияния добавки повышается эффек­ тивность применения комбинированного дутья. Установ­ лено также, что при снижении теоретических температур ниже определенного уровня наблюдается ухудшение ра­ боты печи.

Описанные особенности теплового режима горна домен­ ной печи при вдувании дополнительного топлива объясня­ ются интенсификацией восстановительных процессов в шахте печи, снижением степени прямого восстановления и вследствие этогоснижением потребности тепла в горне на завершение процесса формирования чугуна и шлака

[89].

Рассмотрим необходимость достижения полной компен­ сации при вдувании в горн пылеугольного топлива.

Из

анализа уравнений Б.

И.

Китаева, основанных

на завершенности теплообмена

в горне, нами введено по­

нятие

необходимой теоретической

температуры горения,

при которой в новых технологических условиях обеспе­ чивается сохранение исходной температуры продуктов плавки* [33, 34].

Принимая, что конечная температура шихты в исход­

ных (/Шо) и новых (/Ші) технологических

условиях не изме­

няется, находим, что

 

 

 

w m К о К >

 

=

+

(1)

где tн — температура газа и шихты в зоне замедленного теплообмена, ®С; t0, tx— исходная и необходимая теорети­ ческие температуры горения, ®С; \ѴШо, WWl — водяные эквиваленты шихты, ккал/пѵ, К0, — относительный

выход горновых газов, м3/т кокса; К0, Кі — расход кокса, кг/т чугуна.

Рассмотрим частный случай применения уравнения (1) при снижении расхода кокса за счет повышения темпера­

* В дальнейшем для удобства данный термин будем называть «необходимой теоретической температурой».

26

туры дутья или снижения выхода шлака. Уравнение можно записать в виде

 

+

(2)

поскольку в

данном случае можно

принять, что Wm>=

= Wmp, Ѵ0 =

Vj. Следовательно, при

улучшении технологи­

ческих условий плавки и снижении расхода кокса необ­ ходимая теоретическая температура возрастает, что подтвер­ ждается опытом работы доменных печей. Так, при расходе кокса 536 кг/т чугуна, температуре дутья 1100® С и выходе шлака 466 кг/т чугуна оптимальная теоретическая тем­ пература горения составила 2100®С против 1900— 1950® С, имевших место при освоении технологии плавки с приме­ нением природного газа (расход кокса ^ 680 кг/т чугуна) [31].

Аналогичное влияние на уровень необходимых теорети­ ческих температур оказывает обогащение дутья кислородом.

При Г Шо = Г Ш1; Ко = Кг

 

h = U + ^{t0V - h ) .

(3)

Анализ условий нагрева шихты в нижней зоне тепло­ обмена дает основания объяснить наличие минимально до­ пустимого для конкретных условий уровня теоретических температур, при котором обеспечиваются нормальные усло­ вия нагрева шихты. Очевидно, что нижним теоретическим пределом такой температуры является конечная темпера­ тура нагрева шихты (1550—1600° С). Принимая во внима­ ние необходимость завершения процесса нагрева шихты в определенном объеме печи и за определенное время и не­ обходимость прохождения многочисленных эндотермиче­ ских процессов, убеждаемся, что при нормальном ходе доменного .процесса нагрев шихты может быть обеспечен лишь при определенной номинальной разности теорети­ ческих температур горения и температуры шихты.

Согласно опытным данным, при нормальной работе печей эта разность, как правило, не бывает меньше 300— 500 град, причем больший предел относится к условиям работы печей с низким расходом кокса. При замене части кокса пылеугольным топливом можно принять, что коэф­ фициент замены кокса углем равен 1, а выход газа из единицы кокса равен выходу газа из единицы угля. Тогда

W

(4)

*1 = *н + ™=-‘(*о-*н).

" Ш о

 

27

Следовательно, в этом случае необходимая теоретиче­ ская температура горения определяется, прежде всего, изменением теплосодержания поступающей в нижнюю зону теплообмена шихты, которое определяется относительным расходом кокса и степенью прямого восстановления заки­ си железа. Согласно теоретическим и опытным данным, применение пылеугольного топлива может сопровождать­ ся снижением гй на 1—4% на каждые 100 кг пылеуголь-' ного топлива за счет увеличения времени контакта газоввосстановителей с окислами железа, неизбежного при зна­ чительном снижении доли кокса в шихте. Уравнение (4) можно выразить через показатель степени прямого восста­ новления:

,

л

^d0

K q

(5)

1+

А

Ч

) Кі

 

 

л = ( »

- г ! ) “

0-7 “ const,

(6)

бг„, Tdi — начальное и конечное значения степени прямого восстановления.

Принимая во внимание, что при вдувании угля может

быть jjr • п® — 1, тогда

Aj V]

= +

(7)

Таким образом, при вдувании в горн

пылеугольного

топлива, близкого по химическому составу

коксу, уровень

необходимых теоретических температур определяется из­ менением степени прямого восстановления железа: при неизменном га необходимая теоретическая температура также не изменится (іг— t0); при снижении га эта темпера­ тура тем ниже, чем больше снижение. Зависимости, постро­ енные для условий Донецкого металлургического завода и показанные на рис. 4, иллюстрируют то положение, что при вдувании тощих углей необходимая температура го­ рения снижается на 20 град на каждые 100 кг угольной пыли, введенной на 1 т чугуна.

Относительно малый темп изменения необходимой теоре­ тической температуры объясняется значительным сокраще­ нием расхода природного газа, рассчитанным исходя из условия сохранения на исходном уровне прихода водорода

28

на единицу шихты; снижением расхода дутья и выхода горновых газов на единицу чугуна вследствие прихода с летучими угля кислорода, заменяющего часть кислорода дутья.

Снижение теоретической температуры при вдувании длиннопламенных углей меньше, чем при вдувании тощих

углей

или антрацитов,

что объясняется

повышенным вы­

ходом летучих и, сле­

 

 

 

 

довательно, большим со­

 

 

 

 

кращением расхода при­

 

 

 

 

родного

газа.

 

 

на

 

 

 

 

При сохранении

 

 

 

 

исходном уровне rd при

 

 

 

 

вдувании

тощих

углей

 

 

 

 

и антрацита

необходи­

 

 

 

 

мая теоретическая

тем­

 

 

 

 

пература

незначитель­

 

 

 

 

но отличается от факти­

 

 

 

 

чески

полученной

для

 

 

 

 

данного

режима

теоре­

 

 

 

 

тической

температуры

 

 

 

 

горения*. При снижении

 

 

 

 

rd необходимая теорети­

 

 

 

 

ческая температура ока­

 

 

 

 

зывается

значительно

Рис. 4. Графики изменения фактиче­

меньше

фактической.

ской /ф и

необходимой теоретической

При

вдувании длинно­

температуры горения

при вдувании

пламенных углей

и

не­

а — тощий

угольной пыли:

изменной

rd

необходи­

уголь;

6 — длиннопламенный.

(Степень прямого восстановления изменялась

мая теоретическая

 

тем­

на 0 (Т),

2% (2),

4% (3).

пература

возрастает (на

 

 

 

 

25 град при вдувании 100 кг угольной пыли на 1 т чугуна), вследствие чего возникает существенная разность между этой и фактической температурами. При благоприятных условиях плавки (снижение гd на 2—4% на каждые 100 кг угольной пыли на 1 т чугуна) необходимая и фактиче­ ская температуры горения различаются незначительно. Та­ ким образом, так же как и при вдувании природного газа, вдувание в горн пылеугольного топлива сопровождается

* В дальнейшем «фактически полученную для данного режима теоретическую температуру» будем называть «фактической темпера­ турой».

29

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ