2.6.5. Сравнительная оценка водородсодержащих добавок к дутью

Эффективность добавок к дутью ПГ, КГ, мазута (М) и измельченных антрацита (ИА), газовых углей (ИГУ) определяется коэффициентом замены (КЗ), а также разницей в стоимости добавок и заменяемого ими количества кокса. Кроме того, важное значение имеет влияние добавок к дутью на технологию доменной плавки и изменение при этом производительности печей и побочных явлений (соотношения r_d и r_i; перераспределение температуры Т_т, Т_гор и по высоте печи; степень десульфурации чугуна и др.)

С учетом дополнительного эффекта наиболее предпочтительны ПГ и КГ, которые позволяют увеличить нагрев дутья и обогащение его кислородом. Это в значительной мере увеличивает дополнительно производительность печи и снижение расхода кокса. Величина экономии кокса от повышения температуры дутья составляет 60-100% от основной экономии. Прирост производительности при этом ( или от обогащения дутья кислородом) составляет от 12 до 20% по отношению к исходному режиму. Соответствующие показатели для М, ИА и ИГУ в 2,0-3,5 раза ниже по сравнению с вдуванием ПГ и КГ.

При ограниченных возможностях повышения нагрева дутья и обогащения его кислородом наиболее эффективным является вдувание ИА. Данная добавка пригодна для любых условий доменной плавки и всегда дает положительный эффект, величина которого зависит от качества помола угля, введения его в струю дутья и равномерности распределения по фурмам.

Ранее отмечалось, что неравномерное распределение дутьевых добавок по фурмам ограничивает общий расход добавки максимальным её количеством на отдельной фурме.

Полнота сгорания любой добавки к дутью влияет не только на коэффициент замены кокса (КЗ), но и на процессы в горне. Неполное сгорание компонентов добавки приводит к зарастанию горна твердыми углеродистыми частицами с последующим образованием вязких шлаков.

В таких шлаках, которые трудно дренажируют через коксовую насадку вниз горна из прифурменной зоны, задерживается чугун и происходит массовое горение фурм.

Важное значение имеет способ ввода добавки в струю дутья. На рис.2.24 и 2.25 показаны рациональные конструкции ввода ПУТ через сопла фурменного прибора с подводом в зону горения кислорода, которые позволили значительно увеличить полноту сгорания ПУТ. На рис.2.26 показана конструкция воздушных фурм с вводом ПГ и КГ по оси фурмы водоохлаждаемым патрубком (а) и из жаропрочной стали (б). Данный подвод добавок полностью решил вопрос стойкости патрубков для ввода ПГ и КГ по оси воздушной фурмы и увеличил полноту их сгорания. По разным источникам расход кокса снизился на 4-6 кг/т чугуна.

При наличии коксового газа замена им природного газа является весьма эффективной. В таблице 2.23 приведены технико-экономические показатели работы доменных печей №№1 и 5 МакМК при использовании ПГ и КГ.

Таблица 2.23 – Основные показатели работы доменных печей №1 и №5 МакМК при подаче природного и коксового газов в 1983г.

Показатель	Печь № 1		Печь № 5
	ПГ, 10-23 октября	КГ3-28 сентября	ПГ 1-24 февраля	КГ 6-31 мая
Производительность, т/сут	2232	2295	2212	2431
Расход кокса (скипового), кг/т	548	526	569	557
ПГ, м3/т	100	–	109	–
КГ, м3/т	–	245	–	243
Массовая доля в шихте, %:
– агломерата	85,0	85,0	69,9	80,6
– окатышей	14,7	27,9	18,6	23,9
– железа	51,61	52,63	51,28	52,51
Расход сырого известняка, кг/т	26,9	12	30,0	76
Расход металлодобавки, кг/т	82,5	33,8	34	30
Массовая доля мелочи (‑5мм) в аглом., %	17,5	17,7	18,2	17,7
Параметры дутья:
– расход, м3/мин	2330	2273	2399	2348
– давление, кПа	281	191	239	240
– температура, °С	972	1004	972	874
– объемная доля кислорода, %	24,3	26,9	24,3	28,3
– влажность, г/м3	7,80	10,51	4,6	12,46
Параметры колошникового газа:
– температура, °С	353	309	316	287
– давление, кПа	148	152	123	126
Объемная доля, %:
– СО2	16,1	17,6	16,9	18,3
– СО	23,6	25,4	24,6	26,8
– Н2	6,8	8,5	6,3	8,4
Перепад давления дутье-колошник, кПа	133	139	116	114
Массовая доля кремния в чугуне, %	0,74	0,82	0,79	0,81
Время простоев/время тихого хода, %	0,20/0,33	0,59/0,60	0,10/0,51	0,1/0,92
Расчетные параметры:
теоретическая температура горения, °С	2035	2081	2033	2038
Степень прямого восстановления, %	38,8	31,7	32,0	29,7
Приведенный расход кокса, кг/т	548	510	569	534
Приведенная производительность, т/сут	2232	2341	2212	2321

Из таблицы видно, что при замене ПГ коксовым в соотношении 1:2,5 фактический расход кокса снизился на 12-22 кг/т чугуна. Приведенные расход кокса и производительность изменились соответственно на 35-38 кг/т, снизился расход кокса и на 100-110 т в сутки увеличилось производство. Значительное снижение расхода кокса главным образом произошло от снижения r_d на 2,5-7,0%.

Дальнейшее увеличение эффективности вдувания ПГ и КГ возможно за счет их подогрева.

При нагреве ПГ до 700⁰С и расходе 100-150м³/т дополнительная экономия кокса может составить 20-30 кг/т чуг., возможно одновременное увеличение производства чугуна. При таком же нагреве КГ и расходе его 200-300м³/т чуг. дополнительная экономия кокса составит также 20-30 кг/т чуг., с увеличением производства чугуна .

Кроме указанной прямой экономии может быть получена дополнительная за счет более полного сгорания углеводородов у фурм. Применение нагрева ПГ и КГ позволит увеличить их расход на 40-50 и 100-150м³/т чуг. соответственно.

Эффективность добавки мазута в дутье в значительной мере зависит от степени распыления его форсунками и равномерности распределения по фурмам.

На рис. 2.26 представлена конструкция воздушных фурм для ввода природного и коксового газов в горн доменной печи.

Как уже отмечалось ранее, КЗ кокса мазутом увеличивается при совместном его применении с ПГ или КГ, хотя при применении всех трех указанных видов добавок КЗ снижается по сравнению с их суммарным КЗ при раздельном применении. Коэффициент замены кокса ПУТ практически не зависит от условий, в том числе и от совместного его использования с другими добавками.

На практике достигнуты максимальные расходы ПГ до 175-180 м³/т чуг., мазута 100-150кг/т чуг. и ПУТ 180-220кг/т чуг., что примерно равно 150-190кг/т чуг. экономии кокса. Можно надеяться на увеличение расхода добавок и КЗ кокса при условии улучшения их превращений в фурменной зоне.

Как правило, при добавке различных водородсодержащих компонентов и ПУТ сохраняют постоянными Т_т и Т_гор.. Однако это не всегда теоретически обосновано. Например, при замене половины ПГ коксовым газом Т_т и Т_гор. понижаются на 100-150⁰, а при полной замене ПГ коксовым на 200-250⁰. Также могут изменяться Т_т и Т_гор. при замене других добавок, но в начале замены нужно сохранять Т_т и Т_гор. без изменения, а затем корректировать их величину согласно новым условиям плавки.