Способ термообработки кусковых материалов с получением горючего газа

 

СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ГОРЮЧЕГО ГАЗА, включающий сушку, подогрев, обжиг и охлаждение слоя, отличающийся тем, что, с целью интенсиф икации охлаждения и получения горючего газа. Материал охлаждают от температуры обжига до 800-900 с подачей в смеси пылеугольного топлива с водяным паром в отношении С;Н2О 0,666-0,392, а образующийся газ используют для обжига и/или восстанов- ; ления материала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (П) 3 <5l) 10. 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ}ТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3452491/22-02 (22) 14. 06.82 (46) 15.09 83. Бюл. Р 34 (72) Ю.С.Жуков, Н.Г.Коршунова, В.Я.Рехтер, В.Г.Баландин, В.Н.Перетяка и A.A.Äoâæåíêî (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники (53) 669.1:622.785 ° 5(088.8) (56) 1. Бабушкин Н.М. и др. Охлаждение агломерата и окатышей. Yi., Металлургия, 1975. . 2. Авторское свидетельство СССР 9 483437, кл. С 22 В 1/26, 12.04.74.. (54 ) (5 7 ) СПОСОБ TEPMOOBPABOTKH КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ГОРЮЧЕГО

ГАЭА, включающий сушку, подогрев, обжиг и охлаждение слоя, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации охлаждения и получения горючего газа, материал охлаждают от температуры обжига до 800-900 C подачей в смеси пылеугольного топлива с водяным паром в отношении С:Н}О=

0,666-0,392, а образующийся газ используют для обжига и/или восстановления материала.

1041592

Изобретение относится к нысокотемпературному обжигу железорудного сырья в черной металлургии, а именно производству окисленных или восстанов ленных кусковых материалов.

Известны способы охлаждения кусковых материалов в агрегатах различного типа тонкораспыленной водой, где увеличение эффективности охлаждения достигается за счет использования тепла материала на испарение воды (1).

Недостатком данных способов является отсутстние практической возможности использования тепла охлаждающего агента, так как основная доля его (5 теплосодержания приходится,-на теплоту парообразования, которая может быть реализована только при температурах ниже 100 С. о

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ термообработки кусковых материалов, включающий сушку, подогрев, обжиг и охлаждение слоя материалов восстановительным газом. Физическое тепло окатышей используется для покрытия затрат тепла на эндотермический процесс восстановления окатышей и на нагрев охлаждающего агента (2).

Недостатками данного способа являются низкая эффективность использования эндотермического эффекта реакций восстановления материалов, обусловленная тем что восстановление в тнерУ дом теле лимитируется скоростью диффузии, которая в твердом теле мала.

Поэтому затраты тепла материала на эндотермический эффект незначительны и соизмеримы с физическим нагревом. газов. Ликвидация этбго недостатка 40 возможна только за счет увеличения времени контакта газон и материалов, что приведет к резкому снижению производительности. Кроме того, за счет увеличения потеРь тепла матеРиалом в 45 окружающую среду (излучением и конвенцией) и, как следствие, снижения температуры окатышей процесс пойдет крайне медленно.

Недостатком способа охлаждения газом является низкая эффективность вследствие ограниченных допустимых скоростей Фильтрации.

Цель изобретения — интенсификация процесса охлаждения и получение горючего газа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термообработки кусковых материалов с получением горючего газа, -включающем сушку, подог-60 рев, обжиг и охлаждение слоя, материал охлаждают.от температуры обжига до 800-900оС подачей в слой смеси пылеугольного топлива с водяным паром в отношении C:HZO=Î,ááá-0,392, а образующий газ используют для обжига и/или восстановления материала

Потребность тепла в данной реакции газификации покрывается за счет теплопередачи от слоя нагретых окатышей пылегазовому потоку. Так как процесс теплообмена в слое при использовании среды,.активно. поглощающей излучение (пар и угольная пыль), протекает с высокой интенсинностью, то скорость процесса газификации определяется кинетикой реакции взаимодействия углерода с водяным паром.

Учитывая зависимость скорости реакции от температуры, газификацию твердого топлива следует проводить в зоне максимальных температур окатышей, ограничив эту зону минимальной температурой материала 800-9000С.

При таком ограничении средняя температура реакционной зоны при нагреве окатышей до 1250оС составляет

1100 С, что обеспечивает высокую скоо рость реакции.

Так как реакция газификации угля парами воды гетерогенна т.е ° протекает на поверхности твердой Фазы, то использование угольной пыли с размерами частиц (200 мкм с черезвычайно развитой поверхностью янляется условием, обеспечивающим высокую скорость проЦесса.

Кроме того, двигаясь внутри слоя, частицы. топлива тормозятся около поверхности материала, а часть оседает..

Это обстоятельство приводит к резкому увеличению относительной скорости пара и частиц топлива.

Таким образом, создаются условия для интенсивного протекания процессов тепло- и массообмена и, в итоге, интенсификации охлажпения.

Количество газифицируемого топлива определяется температурой обжига окатышей. При температуре обжига

1250оС тепла одной тонны материала при охлаждении его от 1250 С до 900 С о достаточно для газификации 50 кг угля.

Теплота сгорания этого количества топлива составляет примерно 300

10 ккал. Затраты тепла топлива на окислительный обжиг 1 т окатышей на современных агрегатах составляют

200-300 тыс. ккал/т. Поэтому по предлагаемому способу можно осуществлять отопление обжиговых агрегатов на твердом топливе при нроизводатне скис. ленных окатышей в зоне охлаждения пылеугольное топливо газифицируется в струе пара и полученный горючий газ (смесь СО и Н ) подается затем в зоны подогрева и обжига.

По экспериментальным исследованиям в слое протекают две реакции

С Н О =CO+ Hz-28380 кол/моль (()

СО Н О =СО Н - (04(0 ka a/моль (2) 1041 5 ) 2

При этом отношение †" меняется от со

1 до 6, т.е. протекает или преимущественно одна реакция или обе. Это соотношение определяется при прочих равных" условиях влиянием количества, золы в топливе на реакцию (2).

Температура практически в интервале 800-1200 С не оказывает влияние на отношение—

Нг со

Задав ая соотношение =1, 5 определяем тепловой эффект суммы реакций (1), (2), на 1 кг смеси 783 ккал/кг для максимального значения — о =6 смеси 495 ккал/кг.

Полученные величины .удельных расходов пылеугольной смеси, соотноше- 15 ния углерода - Н|О при различных начальных условиях и средней темпе; ратуре продуктов газификации 1000ОС приведены в таблице. удельное количество углерода прак- 20 тически не зависит от отношения и может быть определено.для — Ъ, количество пароугольной смеси .увеличи-. вается за счет пара.

Так как наибольший эффект При охлаждении достигается при, наименьшем расходе пылеугольной смеси, т.е. на единицу изменения тепЛосодержания материала затрачивается минимум па-. роугольной смеси, то процесс целесообразней осуществлять при соотношениях, приближающихся к стехиометрическому по реакции (1)..

Так как водяной газ представляет собой активный восстановитель, например при 1000 С состоит из 47,3Ъ Нд и 48,2Ъ СО, то целесообразно использовать этот газ для,частичного восстановления материала в последующей за зоной газификации зоной охлаждения в интервале температур 900.-400 С 40 о

- . Высокое содержание водорода, :l ,:температура газа-восстановителя1000 С обеспечивает интенсивное проо текание процессов восстановления, а эндотермичнос ть восс танов ительных реакций при высоком содержании водорода — охлаждение материала.

Восстановление материала следует осуществлять до степени 20-253, так; как при этом отходящий после зоны

/ восстановления газ имеет калорийность

1300-1500 ккал/м и его можно использовать для отопления агрегата. НедОстаток тепла на обжиг .окаты||ей в этой случае покрывается за счет дополни-:. тельного топлива (природного газа или мазута).

Предлагаемый способ может быть осуществлен на любом серийном оборудовании, применяемом в настоящее время в производстве окатышей - на кон- 60 вейерных машинах, комбинированных установках, агрегатах, оборудованных выносными охладителями как при производстве окисленных,.так и восстановленных окатышей. 65

По расчетной оценке смесь пара и. пылеугольного топлива достигает температуры интенсивного протекания реакции газификации (900-1000 С) на высоте слоя. 100-150 мм и для ее завершения достаточно иметь высоту слоя

650-750 мм. Так как гаэифицируемая смесь (Н О+С) обладает высокой поглощающей способностью, то эа счет передачи тепла излучением от слоя реакция идет и в надслоевом пространстве, что обеспечивает высокую степень газификации.

Сущность изобретения заключается в использовании тепла обожженных окатышей -для газификации твердого топлива водяным паром .с интенсификацией процесса охлажцения и получения горючего газа, который используется или как топливо на процесс обжига или как восстановитель.

На чертеже приведена камера газификации (две проекции). Камера газификации содержит боковые стенки горна охладителя 1, разравнивающую стен- ку 2 с водоохлаждаемой балкой из не ржавеющей.стали, дополнительную торцовую стенку 3 с водоохлаждаемой опорной балкой и движущейся частью кольцевого охладителя, находящейся между стенками 2, 3 и состоящей из угнеупорных бортов 4 и колосниковую решетку 5, собранную иэ отдельных палет, на которых находится охлаждаемый слой материала 6.

Пароугольная смесь под давлением поступает по трубопроводу в распределительную камеру 7, проходит phcкаленный слой материала, где уголь газифицируется и образовавшиеся горючие газы поступают в надслоевое пространство 8, а затем в гаэоход 9.

Газоплотность достигается установкой водяных затворов на боковых внешней и внутренней поверхностях дутьевых камер и бортах охладителя ° Затворы 10 предотвращают выбивание горючих .газов, а затворы 11 — пылеугольной смеси в атмосферу.

Гаэоплотность между срезом торцовых поверхностей дутьевой камеры 7 и движущимся слоем достигается паровой завесой, для чего в коллектор 12, снабженный соплами, подводится пар.

Направление истечения пара показано стрелками.

Таким же способом осуществляется уплотнение (12) между стенкой 3 и слоем.

Горячие окатыши с температурой

12 0 С поступают из вращающейся печи в приемный бункер кольцевого охладителя колосникового типа и иэ него попадают в камеру газификации. Высота слоя материала в охладителе 760 мм.

Снизу в камеру газификации из сис» темы после приготовления подается угольная пыль и пар с температурой

1041592

Ф

Количество углерода, к r/T. окат

Температура материала,oÑ

Количество пароугольной смеси кг/т ° окат

Соотноше ние

Отношение

С(Н20) началь- конечная ная

1250 800 72,8

1350 800 89,0

1250 800,82,2

1350 800 100,4

30, 13

35,6

30,35

0,666

0,666

0,555

1,5

35,9

0,555

1250 800

105,3

30,6

0,392

0,392

1350 800

128,0

36,2

Составитель A.Близнюков

Редактор A,Äîëèíè÷ Техред Т.Иаточка Корректор A.Äýÿòêo

Заказ 7070/28 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

250вС и давлением 800-900 мм вод. ст.

Количество твердого топлива 50 кг/т материала, что обеспечивает потребность процесса обжига в тепле.

При производительности установки

300 т/ч и скорости фильтрации пылеугольной смеси 0,7 м /м с длина зоны газификации при ширине ленты охладителя 3,0 м составляет 2,8 м. Часовой расход пылеугольного топлива Составляет 15 т, пара — 15,75 т (19500 м9),10 соотношение уголь-пар 0,95 (углеродпар О,ббб).

В перекрестном токе в.слое и надслоевом пространстве происходит газификация твердого топлива. Слой при 15 этом охлаждается до 900 С ° Дальнейо шее охлаждение материала до 100ОC осуществляется подачей воздуха, часть которого используется для сжигания продуктов газификации угля во вращаю 20 щейся печи, а другая часть - для обработки окатышей в зоне сушки.

Температура образующихся газов на выходе из зоны газификации поддерживается 1000 С за счет регулирования количества подаваемой пароугольной смеси, а также скорости движения ленты охладителя.

Горючий газ под давлением 40 мм вод.ст. подается в футерованный гаэоход, проходит пылевую камеру, где происходит.осаждение части эолы и выносимой иэ слоя пыли, и с температурой 900О С поступает в топливо-подающую головку вращающейся печи, где сжигается в потоке воздуха, поступающего.иэ охладителя.

3а счет химического тепла горючих газов, физического тепла этих газов и воздуха происходит термическая обработка окатышей.

Так как применение предлагаемого способа возможно .при выходе установки на эксплуатационный режим, то разогрев и пуск установки осуществляютса эа счет использования резервного топлива (природного газа или мазута), которое в дальнейшем используется для стабилизации теплового режима, Применение изобретения обеспечивает интенсификацию процесса охлаждения в зоне высоких температур по сравнению с известными способами,а также по. лучение горючего газа иэ дешевого твердого топлива, причем химическое тепло топлива за счет охлаждения материала увеличивается на 20-30%.

Охлаждение материала таким образом совмещается с подготовкой к использованию топлива беэ сооружения дополнительных устройств-камер, сгорания, газогенераторов и т.д.

Применение способа обеспечивает увеличение производительности обжиговых агрегатов,,снижение расхода топлива на 5-7Ъ. Ожидаемый экономический эффект составит 130 тыс. руб. на 1 млн. т. чугуна.