Способ регулирования теплового состояния доменной печи

 

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем одновременного изменения расходов кислорода для обогащения дутья и вдуваемого топлива, отличающийся тем, что, с целью экономии кокса и повьшения производительности за счет поддержания теплосодержания дутья на максимальном уровне , при похолодании печи создают положительные , а при разогреве - отрицательные приращения расходов кислорода и вдуваемого топлива в соотношении , обеспечивакнцем получение приращений выхода фурменных газов с теоретической температурой 1000.3500 с . 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышеI ния точности регулирования, расход вдуваемого топлива изменяют пропорW ционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3727609/22-02 (22) 16.04 ° 74 (46) 30.10.85. Бюл. ¹ 40 (72) Институт металлургии Уральского научного центра АН СССР (71) Д.З.Кудинов, В.С.Новиков, В.В.Филиппов, В.В.Фролов, А.В.Ченцов и С.В.Шаврин (53)669 ° 162.267.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 395376, кл. С 21 В 5/00, 1979.

Патент CIIIA N - 3560197, кл. С 21 В 5/00, 1970.

Типовая технологическая инструкция по доменному производству. МЧМ

СССР. Днепропетровск, 1977. (54) (57) 1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ . ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем одновременного изменения расходов кислорода для обогащения дутья и вдуваемого топлива, о т л и ч а ю— шийся тем, чтб, с целью экономии кокса и повышения производительности за счет поддержания теплооодержания дутья на максимальном уровне, при похолодании печи создают положительные, а при разогреве — отрицательные приращения расходов кислорода и вдуваемого топлива в соотношении, обеспечивающем получение приращений выхода фурменных газов с теоретической температурой 1000.—

3500 С, 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, расход вдуваемого топлива изменяют пропор- ционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности (0,06+0, 15ы) /т, где ))) — дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом, )п — выход шпака.

1188206

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для регулирования теплового режима доменных печей.

Целью изобретения является экономия 5 кокса и повышение производительности доменной печи за счет поддержания теплосодержания дутья на максимальном уровне.

Способ осуществляют следующим образом.

Тепловое состояние доменной печи в соответствии с данным способом регулируют путем одновременного изменения расходов кислорода для обогаще-15 ния дутья и вдуваемого топлива, При похолодании печи создают положительные приращения расходов кислорода и вдуваемого топлива, а при разогреве отрицательные приращения этих рас- 2р ходов. Отношение приращений расходов кислорода и вдуваемого топлива поддерживают при регулировании теплового состояния таким, чтобы оно обеспечивало получение в фурменной зоне печи 25 приращений выхода горновых газов (СО и Н ) с теоретической температурой горения (t ) в пределах 1000— о

Г

3500 С. Например, при увеличении указанных расходов такая t должна обес- ЗО т печиваться при сгорании.в дополнительном количестве поступившего в фурменную зону кислорода дополнительного количества вдуваемого топлива, а также кокса. С целью повышения точности З регулирования изменение расхода вдуваемого топлива при этом производят пропорционально изменениям температуо ры продуктов плавки, т.е. на 1 С изменения температуры продуктов плав-4О ки изменяют расход топлива на (0,06+0, 15ы) /тп, где ы — выход шлака, m -дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом.

При выходе С„ за нижний предел (1000 С) начинает проявляться известо ное двойственное влияние вдуваемых углеводородных топлив на нагрев печи (кратковременное похолодание или разогрев сразу после увеличения или уменьшения расхода вдуваемого топлива с последующим разогревом или похолоданием, соответственно).

При выходе „ за верхний предел доля топлива в сумме приращений рас- 55 ходов топлива и кислорода уменьшается настолько, что его влияние на тепловое состояние печи становится соизмеримым с противоположным влиянием кислорода и цель регулирования не достигается, Выбор теоретической температуры горения (С ) в указанных пределах т определяется параметрами, по которым производится контроль теплового состояния доменной печи, При контроле последнего с прогнозом, например по параметрам, рассчитываемым по состав ву колошникового газа, значения должны поддерживаться в пределах

1000-1500 С; при контроле температуо ры фурм. или пр од ук т ов плав ки — в пределах 1500-2000 С; при значительных отклонениях теплового состояния . от нормального (подстои шихты из-за горячего хода, повышенное содержа-. ние серы в чугуне и т.п.), а также при запазДывании регулирующих воздействий, например при контроле нагрева печи по содержанию кремния, в пределах 2000-3000 С.

Коэффициент пропорциональности, равный (0,06+0, 15 ы ) (размерность кг кокса/ С ° T чугуна) и означающий необходимое изменение расхода кокса для компенсации отклонения температуры продуктов плавки на 1 С, опрео делен как отношение .их теплоемкостей к среднему тепловому эквиваленту кокса (3650 ккал/кг) при расходе дутья 1150 мэ/т чугуна, содержании кислорода в дутье 26Х, теплоемкости чугуна и шлака 215 и 560 ккал/т.С, соответственно

215+560 м (О 06+0 15ш) = — — — — — — ° (1)

Пример конкретной реализации способа иллюстрируется следующим расчетом. Доменная печь, работающая с выходом шлака ы = 480 кг/т на дутье с температурой 1100 С с вдуванием природного газа, имеет производительность 125 т/ч. Природный газ содержит углерода Сс„= 0,55 кг/м теплота разложения природного газа составляет 800 ккал/м, выход газов при его сгорании в фурменной зоне.(без учета образующейся СО)

V = около 2 м /м, коэффициент замены кокса природным газом в

= 0,7 кг/м . Регулирование теплового состояния печи производится преимущественно по температуре чугуна, а также по содержанию в нем кремния, т.е. с заметным опозданием. В этих

1188206 условиях .диапазон величины С, при регулировании по,данному способу составляет 2000-2800ОС. Соответствующие этому диапазону температур отношения приращений расходов природного газа и кислорода при регулировании определяются по формуле

"г tr+2 78(KG C Ð" сн1+ 666 Сс.н

10 г т 24 40 (2II<9r)c> tr 2 60м боо 22 4х-ссн)+

И1% где 2 — коэффициент, учитывающий, что из 1 моль 0 образуется

2 моль СО;

2360-тепловой эффект образования

СО, ккал/м кислорода, 600 — нроиэведение теплоемкости углерода кокса (0,4 ккал/кг С) на его температуру в фурменной зоне (1500 С) .

С учетом этого отношения прира- 55 щений расходов природного газа и кислорода для крайних значений величины tr равны г где С вЂ” средняя теплоемкость 2Р атомных газов в интервале температур 25 — й, которую можно принять постоянной и равной 0,36 ккал/м С; — теоретическая температура т т горения 1 м (кг) вдуваемого топлива и горнового кокса в Х мз кислоо рода, С; — расход тепла на диссоциацию углеводородов вдуваемого топлива до С и Н ., а также на реакции окисления углерода парами воды и углекислотой, содержащимися во вдуваемом топлива, ккал/мэ, 25

t „ — температура вдуваемого о топлива, С;

С, — содержание во вдуваемом топливе углерода свободного и в виде углеводородов, кг/м ; 30

Т О вЂ” температура кислорода, равная при классическом способе обоо

"гащения температуре дутья, С.

Выражение (2) получено путем решения уравнения баланса тепла в фурменных очагах (3) относительно величины Х при допущении, что теплоОг r емкость кислорода С = С р =

0,36 ккал/м . С.

2 ° 1000+2 78 ° 800+1665 ° 0 55

Х

А т

8330-2 1000 + 1000 — 0,6 M3/M3

2 ° 3500+2 78 800+1665 ° 0 55

8330-2 ° 3500+ 1 100

= 4,2 м /м а для t r = 2000 — 2800 С, X= i 3-. 2,3

В соответствии с предложенным способом для повышения точности регулирования расход вдуваемого топлива необходимо изменять с коэффициентом пропорциональности: (0,06+0,!5и)/ п.

При выходе шлака ш = 0,48 т/т и коэффициенте замены кокса природным газом 0,7 кг/м этот коэффициент равен (0,06+0,15 ° 0,48)/ 0,7 = 0,189.

При разогреве печи и отклонении температуры продуктов плавки от заданной на 30 С расход природного газа при регулировании по данному способу уменьшают на величину О, 189 х х 125г 30 = 709 м /ч, а расход кислорода одновременно уменьшают на величину 1,3 709 = 922 м /ч, где 1,3 величина Х для выбранного значения

t „ = 2000ОС.

В таблице приведены варианты реализации данного способа для случая использования в качестве вдуваемого топлива природного газа (rn) 0 7) и мазута (rn = 1,2) при выходе шпака

Ы = 333 кг/т и при различных значет ниях tr, выбираемых в зависимости от параметра контроля теплового состояния печи, как было показано выше.

Например, тепловое состояние печи регулируют по составу колошникового газа, т.е. с прогнозом, а в качестве вдуваемого топлива используют безводный мазут с характеристиками; содержание водорода 13Х углерода

85Х (Ссн = 0,85), температура 80 С („= 80) теплоемкость С " =

= 0,.6 ккал/кг С, теплота разложения

ZQ = 500 ккал/кг, выход 2 -атомных

22 4

VI- 2 ° 0,13 = 1,45 м /кг.

Теоретическую температуру горения дополнительного мазута и горнового кокса в атмосфере дополнительного количества кислорода (с ) цег лесообразно принять в этом случае равной 1000-1500 С (в среднем о

1250 C). Тогда коэффициент связи между кислородом и мазутом устанавливают равным

1188206

1 45 ° 1250+2<78(500-0 6 ° 80)+1665 ° 0 85

8330 — 2 1250 + 1100

f0

При отклонении температуры продуктов плавки от нормальной на каждые 4 10 С расход мазута изменяют, (Я 06+0 15 0 333) 10 1

1,2 . = + 115 кг/ч, а расход кислорода на

+0,6 115 = 69 м /ч, что и отражено в таблице. С повышением t знат чения коэффициентов связи (х) быстро растут, т.е. резко уменьшается доля углеводородной добавки в сумме приращений расходов мазута и кислорода и вследствие этого регулирование при и ) 3500 С становится невозможным. При t (1000 С регулит о рование становится затруднительным из-за низкой доли кислорода, в результате чего начинается временное уменьшение или повышение температуры образующихся продуктов плавки при увеличении или уменьшении расхода вдуваемого топлива.

Для реализации предлагаемого способа регулирования необходимы технические средства, с помощью которых изменения расходов вдуваемого топлива, например природного газа (Ь ПГ) и технического кислорода (а 0 ), будут связаны в один комплексный технологический параметр (КТП), ведущим в котором целесообразно выбрать топливо (Ь ПГ), а зависимым — кислород (0 ). Шкала соответствующего задатчика (ь ПГ) должна быть симметричной относительно нулевого значения (6 ПГ = 0,0).

На период освоения рекомендуется оборудовать задатчик двумя шкалами: одну из них - целесообразно отградуировать в абсолютных значениях приращений расхода природного газа (например, от -3000 до +3000 м /ч), а вторую — в пересчете на расход пара, или на температуру дутья в соответствии с коэффициентом замены кокса данным топливом. Например, для природного газа (е = 0,7) с учетом того, что расход 1 т пара эквивалентен расходу примерно 0,5 т кокса, вторая шкала должна иметь пределы от -4 до +4 т/ч пара. При регулировании теплового состояния печи по данному способу рудную нагрузку изменяют только в случае устойчивого отклонения расхода природного газа от заданного значения. При этом расход кокса изменяют в сторону, обеспечивающую возврат задатчика 4ПГ в положение, близкое к нулю. Например, при интенсивности хода печи 8 подач в час и при длительном (в течение более 8-10 ч) положении задатчика на делении плюс (или минус) 1500 мэ /ч расход кокса в подачу целесообразно уменьшить (или уве1500. 0 7 личить) на 100 — 150 кг (— — — — =

130, где 0,7 — коэффициент замены кокса природным газом).

В результате освоения предлагаемого способа регулирования отпадает необходимость использовать для этой цели пар, температуру дутья и в значительной мере рудную нагрузку. Экономия кокса за счет работы при максимальном теплосодержании дутья (без использования пара для регулирования теплового состояния доменных печей) в доменном цехе HTNK, выправляющим 6,7 млн. т чугуна в год и расходующем 5,4 т пара в час составит

23,3 тыс. т в год или в денежном выражении 1 млн. руб. Себестоимость

1 т чугуна снизится на = О, 15 руб.

6,7

За счет уменьшения расхода кокса на 3,4 кг/т чугуна, или на 0,77., примерно на столько же, возрастет производительность печей. Дополнительный эффект будет получен за счет расширения диапазона регулирования, что позволит уменьшить число глубоких расстройств печей и повысить качество чугуна, что в свою очередь, даст дополнительное уменьшение расхода кокса и повышение производительности печей.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования теплового состояния печи обеспечивает значительную экономию кокса при минимальных затратах, связанных лишь с совершенствованием и освоением систем управления расходами вдуваемого топлива и кислорода.

1188206

Температура

КоэААициенты связи (K) между кислородом и вдуваемым топливом мазута природного газа кислорода кислорода

>115

« 46

+196

+118

0,4

0,6

1000

+196

+«157

+1!5

0,6

0,8

1250

+196

+216

+115

+ 92

0,8

1750

- 196

+295 115

+126

1,5

2250

+115

183

+196

432

2,2

2750

2,4

+115

275

3250

3,3

«.115

+368

+196

+823

4,2

3500

3,2

Составитель И.Курунов

Техред О.Ващишина Корректор М.Максимишинец

Редактор М;Недолуженко .

Заказ 6703/24 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Ó êãîðîä, ул.Проектная, 4 природный газ (rn =

= 0,7) мазут (m=

1,2) Изменение расхода, м /ч, (кг/ч) при отклонении температуры продуктов плавки на + 1О С