4.6.6 Зажигание и внешний нагрев слоя агломерационной шихты

Оптимальный внешний нагрев слоя в процессах зажигания топлива шихты и дополнительного ввода в слой при спекании дешёвого вторичного тепла воздуха или продуктов горения недорогих вторичных газов металлургии позволяет сократить на 20-30 % и более потребление дорогих и неэкологичных твёрдых топлив – коксовой и антрацитовой мелочи.

4.6.6.1 Зажигание твёрдого топлива шихты

Зажиганием топлива на поверхности слоя агломерационной шихты начинается процесс спекания. Сформированный загрузочным устройством, непрерывно движущийся на паллетах агломашины слой шихты, входит в зону действия пламени камерного зажигательного горна (рис. 4.33).

Рис. 4.33. Камерный зажигательный горн с боковыми горелками

Камерный горн с боковыми горелками для агломашин большой мощности представляет собой прямоугольную камеру и состоит из свода – 1, каркаса – 2, огнеупорной кладки – 3, газовоздухопроводов – 4 и боковых горелок – 5. Количество горелок – обычно 4-5 штук на каждой из боковых стен. Оси горелок смещены по длине горна для создания сплошного пламени на поверхности зажигания.

Для защиты бортов и роликов паллет 7 от перегрева предусмотрена подача на них холодного компрессорного или вентиляторного воздуха через полые балки 6 и размещённые на них сопла.

В горелках горна сжигают или только природный газ, или смеси коксового и доменного газов с добавлением природного или без него.

По данным промышленных исследований теплота сгорания смеси газов должна быть не менее 10-12 МДж/м³. Только в этом случае достигается качественное зажигание. Поэтому смесь топливных газов составляют, исходя из удельной теплоты сгорания каждого (природный – в среднем 35,0; коксовый – 18,0; доменный около 4,0 МДж/м³). Наилучшие результаты достигаются при сжигании природного газа, доменный газ можно использовать для зажигания шихты только в смеси с коксовым или природным. Последний, в связи с высокой ценой, по-видимому, будет заменен частично или полностью смесью вторичных газообразных топлив – коксовым и доменным газом. Актуальным становится вопрос об использовании для зажигания шихты других заменителей – пылеугольного топлива или любых других недорогих измельчённых твёрдых топлив, загружаемых тонким слоём на поверхность шихты перед горном по опыту японских специалистов.

Главной задачей зажигания является нагрев поверхностного элементарного слоя шихты толщиной около 20 мм до температур воспламенения коксовой мелочи и антрацита (700-800^оС). Однако на практике температуру в зажигательном горне поддерживают на уровне 1200-1300^оС. При этих температурах наблюдается не только устойчивое быстрое воспламенение и горение топлива, но и протекают основные процессы агломерации – нагрев, плавление шихты и образование спека на поверхности слоя.

Максимальную температуру зажигания определяют опытным путём, ориентируясь на умеренную оплавленность поверхности, при которой не снижается газопроницаемость слоя.

Топливные газы сжигают в горне с помощью газовых горелок (рис. 4.34), обеспечивающих полное горение углеводородов топлива благодаря интенсивному перемешиванию газа и воздуха. Содержание СО в продуктах горения чаще не превышает 0,2 %.

Рис. 4.34. Газовая горелка камерного зажигательного горна

Газ подводят в горелку через внешнюю коаксиальную трубу (соосную с внутренней трубой для воздуха), установленную в корпусе 1 по центру горелки.

Воздух для горения газа подают от вентилятора по осевой трубе 5 малого диаметра и по трубе 6 большего диаметра, в конце которой перед входом в камеру горения 3 установлен завихритель воздуха 2.

Таким образом, турбулизированный воздух горения, поступающий по периферии и центру газового потока, образует необходимую для сжигания однородную газовоздушную смесь. Фигурный профиль камеры горения и прилегающих стен огнеупорной футеровки 4 горна способствует формированию направленного к поверхности слоя факела достаточной ширины и протяжённости. Одним из недостатков камерных горнов с боковыми горелками является слабое оплавление узкой полосы поверхности шихты вдоль бортов паллет.

В зависимости от различных условий качественное зажигание достигается при удельном расходе тепла 50-70 МДж/м² поверхности зажигания. Важной является интенсивность подвода тепла к поверхности шихты, которую принято называть интенсивностью зажигания и количественно представлять её в виде величины I, МДж/м²∙мин.Величину интенсивности зажигания определяют по формуле:

(4.38)

Q – расход тепла на зажигание, соответствует величине:

(4.39)

где η – коэффициент полезного действия тепла, равный 0,85-0,88 с учётом тепловых потерь;

Q_н^р – низшая теплота сгорания смеси газов, МДж/м³;

V – расход отопительных газов, м³/ч;

S – площадь зажигания, равная произведению длины на ширину «зеркала» зажигания горна, м²: L_з∙В_з.

В зависимости от величины оптимального удельного расхода тепла на зажигание (q, МДж/м²), определяемой индивидуально в конкретных промышленных условиях агломерации, а также скорости движения паллет (v, м/мин), обусловленной скоростью спекания, затраты тепла на зажигание составляют:

(4.40)

Разные по минералогическому составу и основности шихты требуют различных затрат тепла на зажигание, иногда отличающихся на 15-28 %.

Интенсивность зажигания I – основной, на этой стадии процесса, параметр влияния на скорость спекания, прочность верхнего слоя аглоспека, расход топлива на спекание. Величину I регулируют не только подачей тепла во времени, т.е. величиной Q_заж, но и интенсивностью всасывания раскалённых горновых газов в слой, зависящей от регулируемого разрежения в вакуум-камерах агломашины непосредственно под горном.

В среднем продолжительность зажигания шихты на отечественных аглофабриках составляет около 1 минуты, что соответствует продолжительности полного сгорания частиц топлива в верхнем слое шихты. Следовательно, интенсивность зажигания фактически равна величине удельной теплоты зажигания. Нужную интенсивность зажигания обеспечивает определённое количество нагретых до высокой температуры всасываемых горновых газов, в составе которых необходимо присутствие свободного кислорода. Часть его поступает с атмосферным воздухом, всасываемым в камеру горна через щели, а большая часть подаётся в виде избыточного воздуха горения, когда α достигает 1,4-1,6 при использовании газов с высокой теплотворной способностью. Если в составе продуктов горения содержится не менее 5 % О₂, тогда исключается вредное окисление углерода твёрдого топлива по эндотермическим реакциям:

С+СО₂=2СО – Q₁

С+Н₂О=Н₂+СО – Q₂

Топливо хотя и медленно, но всё-таки сгорает по известным экзотермическим реакциям:

С+О₂=СО₂+Q₃

С+0,5О₂=СО+Q₄

Шихта нагревается не только внешним теплом горения, но и внутренним теплом, выделяющимся при горении твёрдого топлива шихты на поверхности слоя. Такое сочетание нагрева способствует повышению температуры в зоне спекания, сопровождается упрочнением аглоспека, увеличением выхода годного продукта из него.