книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах
.pdfпературой около 1000°С через фурмы. Одновременно дутье обогащалось кислородом до 26%. По сравнению с базовым периодом (без вдувания углеводородов ,и обогащения дутья кислородом) удалось снизить расход кокса с 648 до 372 кг на 1 т чугуна £203].
Угле-мазутные |
|
смеси |
|
|
|
||
Попыткой сочетать преимущества жидкого топлива и |
|||||||
угольной пыли |
(см. с. |
187) |
является |
разработка спосо |
|||
бов подготовки |
и ввода |
в доменные |
печи угле-мазутных |
||||
смесей (суспензий). |
Достоинством подобного |
способа |
|||||
частичной замены металлургического |
кокса является и |
||||||
возможность |
использования |
относительно дешевых сор |
|||||
тов твердого |
топлива, |
что в ряде случаев, несмотря на |
|||||
высокую стоимость |
установок пылеприготовления, мо |
||||||
жет оказаться экономически выгодным 1:171]. |
Примене |
||||||
ние в доменном |
производстве угле-мазутных смесей име |
||||||
ет ряд преимуществ |
перед использованием одной уголь |
ной пыли, главные из которых: в несколько раз меньшая стоимость сооружения и более надежная работа уста новки, снижение абразивного действия пыли.
В СССР ввод угле-мазутной смеси в промышленную
доменную печь |
был впервые |
осуществлен |
в 1964— |
|
1965 гг. на Нижне-Тагильском |
металлургическом ком |
|||
бинате при участии |
Уральского |
научно-исследователь |
||
ского института |
металлов (г. Свердловск) [204]. Уголь |
|||
ная пыль поступала |
к смесителю |
по магистрали |
пневмо |
транспорта. Мазут предварительно фильтровали « подо гревали. Подготовку угле-мазутной смеси проводили в две ступени: в камерном смесителе и в баке, оборудо ванном однолопастной мешалкой. Подогрев смеси осу ществляли как >в баке-смесителе, так и в специальном теплообменнике. Система смесепроводов была заколь цована и проложена с паропроводом-спутником в общей тепловой изоляции. Подачу смеси к печи осуществляли поршневыми насосами. Ввод смеси в печь производили по металлической трубке диаметром б—8 мм, установ ленной в водоохлаждаемом приливе фурменного сопла под углом 20° к направлению потока дутья. Конструк ция прилива позволяла легко, в случае необходимости, заменить"топливоподводящую трубку во время работы печи. При засорении форсунки ее выходное отверстие
могло быть очищено иглой; последняя служила также для регулирования расхода смеси на каждую фурму в отдельности.
Промышленные |
испытания |
были проведены на до |
|||
менной печи полезным |
объемом |
247 мг |
при вдувании в |
||
нее смеси, содержащей |
30% |
угольной |
пыли, приготов |
||
ленной из энергетических углей |
(средний размер частиц |
||||
0,083 мм, фракции |
0,05—0,'Ю |
мм — около 65%), и 70% |
мазута средней вязкости. Было установлено, что рабо чая температура смеси указанного состава должна бы ла находиться в пределах 75—90°С. Подача в горн углемазутной смеси в количестве 39,5 кг на 1 г чугуна при вела к повышению производительности печи на 2% и со
кращению |
расхода |
кокса |
на 5,6%- 'Коэффициент |
замены |
|||
кокса составил |
1Д кг на 1 кг смеси. |
|
|
||||
Известен опыт |
работы |
на угле-мазутной смеси до |
|||||
менной печи полезным |
объемом 913 мъ на заводе |
Тиба |
|||||
(Япония) |
[205]. Смесь, |
состоящую из равных по |
массе |
||||
количеств |
угля |
(в |
основном — некоксующегося |
битуми |
|||
нозного) и мазута |
(1 : 1), готовили в обогреваемом |
паро |
вым змеевиком смесителе, с мешалкой, вращающейся со скоростью '100 об/мин. Транспортировку смеси к печи осуществляли центробежными насосами под давлением 0,88 Мн/м2 (9 ат). Так же, как и в Нижнем Тагиле, меж ду установкой и фурмами была предусмотрена циркуля ционная система смесепроводов, где . поддерживалась скорость движения смеси не ниже 0,2 м/сек. Топливолодающую трубку диаметром 22 мм, .изготовленную из жа
ростойкого |
металла, также вводили |
в фурму под углом; |
|||
расстояние |
от выходного |
отверстия трубки |
до |
торца |
|
фурменного сопла составляло 300 мм. ТТо данным |
иссле |
||||
дователей (205], установка |
удовлетворительно |
работала |
|||
в течение двух лет. Максимальный |
удельный |
расход уг |
|||
ле-мазутной |
смеси достигал 70 кг на 1 т чугуна. 'Произ |
||||
водительность печи при вдувании |
смеси несколько по |
высилась, однако коэффициент замены кокса был низок (0,74—0,77 кг на 1 кг смеси).
В Великобритании установка для приготовления уг ле-мазутной смеси, разработанная фирмой Esso, была опробована на доменной печи с диаметром горна 6,64 м и суточной производительностью по чугуну 550 г [206]. Подача смеси, содержащей 50% угольной пыли, весьма надежно осуществлялась диафрагмовыми насосами с
Т а б л и * а 17 Свойства угле-мазутных
смесей различного состава
|
§ 5 |
|
|
К |
|
|
|
а |
|
я |
*1 |
|
. |
Su |
2 |
x=L |
| а £ Г |
||
га — и |
и |
|||
х - |
а |
н |
5 era |
|
|
ї 5 и |
о |
||
Марка |
£ -а га |
К |
Кинем кость ест(° |
|
о і |
£ |
с |
||
|
& С |
s |
(- |
|
|
о |
|
||
|
3 = |
о |
|
|
20* |
0 |
0,943 |
26 |
|
|
|
|
|
(3,70) |
|
10 |
0,976 |
32 |
|
|
|
|
|
(4,85) |
|
20 |
1,029 |
37 |
|
|
|
|
|
(5,36) |
|
30 |
1,052 |
61 |
|
|
|
|
|
(8,30) |
|
40 |
1,105 |
109 |
|
|
|
|
|
(14,64) |
|
50 |
1,148 |
286 |
|
|
|
|
|
(38,32) |
60* |
0 |
0,957 |
64 |
|
|
|
|
|
(8,60) |
|
10 |
0,992 |
72 |
|
|
|
|
|
(9,67) |
|
20 |
1,035 |
92 |
|
|
|
|
|
(12,29) |
|
30 |
1,083 |
163 |
|
|
|
|
|
(21,77) |
|
40 |
1,134 |
238 |
|
|
|
|
|
(31,79) |
|
50 |
1,185 |
1065 |
|
|
|
|
|
(141,9) |
100 |
0 |
0,995 |
137 |
|
|
|
|
|
(18,64) |
|
10 |
1,033 |
161 |
|
|
|
|
|
(21,63) |
|
20 |
1,077 |
195 |
|
|
|
|
|
(26,16) |
|
30 |
1,111 |
269 |
|
|
|
|
|
(35,94) |
|
40 |
1,169 |
488 |
|
|
|
|
|
(65,44) |
|
50 |
1,217 |
1520 |
|
|
|
|
|
(209,0) |
* |
П о |
ГОСТ 1501—57. |
диафрагмами повышенной жесткости; насосы выполняли также функции дозирующих устройств. При расходе смеси в количестве 20—36 кг на 1 г
чугуна |
коэффициент |
замены |
кокса |
составил 1 кг на 1 кг |
|
смеси. На базе опытной |
разра |
|
ботана |
промышленная |
уста |
новка для подготовки и вдува ния угле-мазутной смеси.
Для эксплуатации устано вок с угле-мазутными смесями весьма важно знать свойства последних. Исследованиями [206, 207] установлены зави симости между содержанием угольной пыли в смеси и ее вязкостью для различных сор тов мазута (табл. 17), имею щие важное значение для ре шения вопроса о возможности транспортировки мазуто-уголь- ной смеси по трубопроводам. Следует иметь в виду, что пре дельные значения кинематиче ской вязкости среды при пере качке насосами составляют [5] для винтовых и шестерен
чатых |
насосов — 1500 (200), |
|
поршневых |
и скальчатых— |
|
750 |
(100), |
центробежных— |
225 ест (30°ВУ). Учитывая, что вследствие высокой влажности топочных мазутов и опасности их вспенивания подогрев углемазутной смеси свыше 90°С не
допускается, перекачка |
смеси |
с содержанием 40—50% |
угля |
крупностью, менее 1 мм стано вится затруднительной даже в случае применения маловяз ких мазутов. Дальнейшее по-
вышение |
содержания |
угольной |
пыли |
в |
смеси |
практически |
невозможно, |
поскольку |
наступает |
переход |
из жидкого агрегатного состояния в пластическое. Уве
личение крупности |
частиц угля в пределах 0,1—1 мм |
|
лишь незначительно |
снижает вязкость смеси |
(измене |
ние размера фракций |
в ДО раз приводит к уменьшению |
|
вязкости лишь на 20 % ) . |
|
|
Стабильность угле-мазутных смесей повышается при |
||
увеличении вязкости |
мазута и с уменьшением |
размера |
частиц угля; при среднем диаметре фракций угля менее
0,25 мм стабильность смеси удовлетворяет |
эксплуатаци |
онным требованиям. |
|
Литейные вагранки |
|
В коксовых вагранках дополнительные |
толливосжига- |
ющие устройства обычно устанавливают в узле дожига ния отходящих газов и в копильнике.
Специфика работы горелочных устройств в узле до жигания ваграночных газов состоит в относительно низ
кой температуре среды (300—'500°), в которой |
распола |
гается вспомогательный факел, и значительном |
разреже |
нии в камере. Следовательно, в данном случае |
предъяв |
ляются высокие требования не только к качеству, но и |
|
к стабильности горения мазутного факела. |
|
Положительные результаты были получены при уста |
новке в камерах дожигания горелочных устройств с ор
ганизованной рециркуляцией продуктов |
сгорания (см. |
|
гл. I I I ) . На одной |
из литейных вагранок |
Гурьевского |
металлургического |
завода (Кемеровская обл.) институ |
|
том МНИИПТМаш |
(г. Кемерово) успешно проведены |
промышленные испытания образца горелочного устрой
ства конструкции института «Теплопроект» |
производи |
|||
тельностью 40 кг/ч. В качестве распылителя |
и. окисли |
|||
теля был применен компрессорный |
воздух |
давлением |
||
0,3—0,5 Мн/м2 |
(3—5 ат). Мазут поступал к форсунке |
|||
под давлением |
0,05—0,3 Мн/м2 |
(0,5—8 ат). Институтами |
||
«Гипростанок» |
и «Теплопроект» |
при разработке проек |
||
тов аналогичных узлов вагранок ряда |
машиностроитель |
ных заводов также предусмотрена установка горелочных
устройств с рециркуляционной |
вставкой на базе |
форсу |
||
нок |
высокого давления |
производительностью |
25— |
|
40 кг/ч. В качестве окислителя |
использован вентилятор |
|||
ный |
воздух. |
|
|
|
' За рубежом в подобных случаях", как и в Союзе, стре мятся использовать .короткофакельные форсунки с хоро шей стабилизацией пламени. Известен [208] .положитель ный опыт применения в узле дожигания газов на литей ной вагранке производительностью 3—4 т/ч так назы ваемой форсунки «голубого пламени» конструкции Бредлина, установленной в шахте выше максимального уров ня материала на 220—230 мм. Сжигалось легкое жид кое топливо с кинематической вязкостью не более 4 ест (35 сек по вискозиметру Редвуда № 1) при 38°С. Произ водительность форсунки 13—17 кг/ч.
В вагранках, оборудованных рекуператорами, каме ра дожигания продуктов неполного сгорания может быть совмещена с топкой, в которой сжигается дополни тельное количество топлива, если физического тепла до жигаемых ваграночных газов недостаточно для подогре-
Рис. 77. Камера дожигания ваграночных газов:
/ — ввод газов нз |
вагранки; |
і — горелочные устройства с рециркуляцион |
ной |
вставкой; |
3 — предохранительный клапан |
ва воздуха до заданной температуры. Пример |
конструк |
|||||
тивного выполнения комбинированной |
топки, |
разрабо |
||||
танной институтом «Гипростанок» для литейной |
вагран |
|||||
ки производительностью Ю—12 т/ч с |
использованием |
|||||
горелочных |
устройств |
с рециркуляционной |
вставкой, |
|||
приведен на |
рис. 77. |
Топка |
располагается над |
шахтой |
||
рекуператора. Угловые форсунки, установленные |
по обе |
|||||
стороны от вводного |
канала |
ваграночных газов, пред |
назначены непосредственно для дожигания окиси угле
рода, содержащейся в этих |
газах. |
Тепловая |
'Мощность |
||
остальных трех |
форсунок |
выбрана |
с таким |
расчетом, |
|
чтобы обеспечить необходимый |
.подогрев воздуха неза |
||||
висимо от содержания продуктов химического |
недожога |
||||
в ваграночных |
газах. Расчетная |
производительность |
|||
каждого горелочного устройства |
30 |
кг/ч. |
|
В копильниках (миксерах) для жидкого чугуна ин ститутом «Гипростанок» также предусматриваются ана логичные горелочные устройства. Так, на копильниках емкостью 8 т устанавливают по одной форсунке произ водительностью 100 кг/ч. Горелочное устройство распо лагают в одном из торцов копильника под углом 25° к зеркалу ванны.
В связи с дефицитностью и высокой стоимостью ли тейного кокса заслуживают внимания бескоксовые ва гранки, работающие на жидком топливе и обладающие наряду с экономичностью целым рядом технологических преимуществ. Центральным научно-исследовательским институтом технологии машиностроения (ЦНИИТмаш) была существенно усовершенствована [1209] известная •беококсовая вагранка Савина-—Петрашевского, пред ставляющая собой сочетание шахты и ванны — копильни ка с камерой горения. Положительный эффект был достиг нут прежде всего 'благодаря применению короткофакельных форсунок, эксплуатируемых с минимальными избытками воздуха и позволяющих поэтому достигнуть наиболее высоких температур в рабочем пространстве над ванной. На экспериментальной вагранке ЦНИИТмаша и на реконструированных промышленных вагран
ках производительностью |
1—1,6 т/ч были |
применены |
||||
пневмомеханические |
форсунки |
производительностью |
||||
120—'160 кг/ч |
с обратным |
сливом- |
топлива. |
Давление |
||
топлива |
в |
подающей |
магистрали составляло 1,8— |
|||
2,7 Мн/м2 |
(18—27 ат), однако в начальный |
период пус- |
ка |
вагранки |
его приходилось |
увеличивать до 4 |
Мн/м2 |
||
(40 |
ат). Приспособление условий сжигания |
топлива к |
||||
особенностям |
работы' технологического |
агрегата |
дало |
|||
существенный |
экономический |
эффект. |
По сравнению с |
|||
печами конструкции Савина —Петрашевского, |
произво |
дительность вагранок малого тоннажа возросла в сред нем на 60%, удельный расход мазута на 1 т чугуна сни зился на 40—60% и составил '100—120 кг натурального топлива. Температура жидкого чугуна повысилась до 1400—1420°С, тогда как на старых мазутных печах она
обычно составляла |
1360—1380°С. |
Одновременно |
на |
|||
40% |
сократился |
расход |
огнеупоров |
на ремонт печей. |
||
Доля |
стального |
лома |
в |
шихте может'быть увеличена |
до |
|
35%, |
благодаря |
чему |
в усовершенствованных мазутных |
вагранках получают 'малоуглеродистый чугун с высоки ми механическими свойствами.
Воздухонагреватели с самостоятельным отоплением
Повышение температуры дутья до 11.300—'1400°С яв ляется одним из средств интенсификации доменного процесса, особенно необходимым в связи с потребно стью в увеличении доли заменителей кокса. Этой цели служит не только совершенствование конструкции воз духонагревателей, топок, горелочных устройств, но и применение для подогрева дутья высококалорийного топлива. В доменных воздухонагревателях с выносными камерами горения нередко применяется жидкое топливо.
•В ЧССР для этой цели разработана мазутная форсун ка, состоящая из концентрических магистралей для по дачи мазута и воздуха, заканчивающихся распиливаю щим устройством'. Продольная ось узла распыливания расположена под углом 45—88° к оси форсунки и к пло скости, перпендикулярной продольной оси выносной ка меры горения (рис. 78). Устье форсунки смещено по от ношению к оси камеры.
На металлургическом заводе в Тиба (Япония) до менная печь объемом 2140 м3 оборудована воздухона гревателем, выносная камера горения которого снабже на керамической газо-мазутной горелкой. Теплопро-
1 Патент (чехословащк.) № 12S/732,11968.
изводителШ'Ость |
горелки |
|
|
|
JL'JL |
|
|
||||||||
45,7 Гвт |
(40 Гкаліч). |
Подо |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
грев |
дутья |
достигает 1300°С. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Подобными |
камерами |
горе |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ния |
оборудованы |
в |
Японии |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
семь крупных доменных пе |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
чей |
Г2Ю]. На заводе в Уор |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
рингтоне |
|
(Великобритания) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
воздухонагреватели |
домен |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ных |
печей |
оборудованы де |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
сятью |
паровыми |
форсунка |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ми |
производительностью по |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
125 |
кг/ч |
[211]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Жидкое |
|
топливо |
широко |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
используется и в |
воздухона |
|
|
|
А-А |
|
|
||||||||
гревателях |
|
литейных |
вагра |
|
|
|
|
|
|||||||
нок. В 1967 г. в Великобри-? |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
тании из 52 |
воздухонагрева |
|
|
|
|
|
|
В |
|||||||
телей |
с |
|
|
самостоятельным |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
отоплением, |
установленных |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
у литейных |
вагранок, 17 ра |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ботали |
на |
жидком топливе. |
а |
|
|
|
6 |
|
|
||||||
Пуск |
установки |
и |
ее экс |
|
|
|
|
|
|||||||
Рис. |
78. |
Установка |
форсунки |
||||||||||||
плуатация |
|
автоматизирова |
с |
наклонным |
соплом: |
|
|||||||||
ны. Горелочные |
устройства |
а — схема |
форсунки; |
б — схема |
воз |
||||||||||
снабжены |
|
электрозапалами |
2 — ввод |
в о з д у х а ; |
3 — камера |
горе |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
духонагревателя; |
/ — ввод мазута : |
|||||
и приборами контроля |
пла |
|
|
ния |
|
|
|
||||||||
мени. |
Средняя |
продолжи |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
тельность |
|
межремонтного периода |
камеры |
горения на |
|||||||||||
жидком топливе |
около |
1200 ч (на |
природном |
газе — |
|||||||||||
2000 ч). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воздухонагреватели работают у вагранок производи тельностью от 2 до 11 т/ч. Топливом служит газойль с теплотой сгорания 45,6 Мдж/кг (10900 ккал/кг). Темпе ратура подогрева воздуха 450—500°С [212].
Чтобы камеры горения воздухонагревателей были возможно компактнее, целесообразно выбирать короткофакельные форсунки. В этом случае нет необходимости в применении топливосжигающих устройств с верти кальным или наклонным факелом. Пример установки го релочных устройств с рециркуляционной вставкой на воздухонагревателе к вагранке показан на рис. 79. Две
форсунки установлены в цилиндрической камере горе ния тангенциально в одной плоскости (разрез по второ му горелочному устройству на рисунке не показан). Каждая из форсунок рассчитана на сжигание мазута марки 100 в количестве 60 кг/ч при коэффициенте рас хода воздуха 1,25 (горение топлива завершается в горелочном туннеле). Номинальное давление вентилятор-
Рис. 79. Установка горелочных устройств с рециркуляционной вставкой в камере горения воздухонагревателя:
1 — форсунки; 2 — камера горения; 3 — запальное отверстие; 4 — гляделка
ного воздуха 3,92 кн/м2 (400 мм вод. ст.), |
компрессорно |
го воздуха (на .распыливание)—0,3 Мн/м2 |
(3 ат). Удель- |
-ный расход компрессорного воздуха—1 кг на каждый килограмм мазута.
4. ПРЯМОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ Ж Е Л Е З А ИЗ РУД
При современном уровне техники в доменном процес се можно заменить жидким или газообразным топли вом лишь около 20% необходимого металлургического кокса. Стремление увеличить масштабы замены кокса или вообще обойтись без него привело к появлению
других способов восстановления железных руд. Несмот ря на то, что новые процессы пока не могут конкуриро вать с доменным в промышленных масштабах (произво дительность установок прямого получения железа, по данньш на 1964 г. [183], не превышала 1,5% от дейст вующих мощностей по чугуну), многие из них весьма перспективны [213].
Рассмотрим вначале некоторые из плавильно-восета- новительных процессов осуществляемых с использовани
ем в |
качестве |
восстановителя |
жидкого топлива. |
В |
процессе |
Eketorp-Vallak |
(Швеция) £214] в сосуд |
для реакции через пористый блок в его днище или свер ху, через водоохлаждаемую погружную форму, в жид кий чугун с температурой порядка 1350°С подается ма зут. Количество его должно быть таким, чтобы содер жание углерода в ванне поддерживалось на уровне 3,5%, Выходящие из ванны продукты неполного сгора ния дожигаются в реакционном пространстве с помощью •кислорода, вводимого над ванной. Для защиты футеров ки использован принцип подачи мелкофракционной ру ды посредством вращающегося диска; отталкиваясь от стенок сосуда, руда создает защитную завесу.
Газы покидают печь при температуре 150'0°С. Полу чаемая в печи металлошлаковая эмульсия выпускается непрерывно и поступает затем в шлакоотделитель. Про цесс опробован на опытной установке производительно стью 1,5 т/ч в Геллерфорсе (Швеция). При повышении производительности до 10 т/ч расчетные удельные рас ходы на .1 г чугуна составляют: мазута — 425 кг, кисло рода—376 м3.
В так |
называемом |
«кокс-.процессе» 1 восстановителя |
|||
ми также |
служат мазут либо угле-мазутная |
эмульсия, |
|||
вдуваемые |
посредством форсунки, погружного |
типа под |
|||
давлением |
1,18 |
Мн/м2 |
(12 ат) сквозь слой шлака |
в чу |
|
гун, благодаря |
чему |
металл науглероживается. |
Дожи |
||
гание выделяющихся |
из ванны водорода и окиси угле |
рода осуществляется в атмосфере кислорода. Печь пред назначена для непрерывной работы.
Метод непосредственного получения жидкого метал ла в ванной печи из рудно-угольных окатышей путем их
1 Патент'(англ.) № 820351, 1959.