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

книги из ГПНТБ / Гилод В.Я. Сжигание мазута в металлургических печах

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.99 Mб
Скачать

пературой 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

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

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 1317 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.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ