Способ регулирования теплового состояния доменной печи

 

1. СЦОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения расхода топлива на выплавку чуГуна , одновременно с изменением температуры дутья изменяют расход вдуваемого топлива на величину, обеспечивающую общее изменение теоретичесjкой температуры горения от +0,4 до + 0, на 1 с увеличения или уменьшения температуры дутья соответственно . 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) ((1) (51)4 -С 21 В 7./24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3734111/22-02 (22) 29.04.84 (46) 30.10.85. Бюл. Ф 40 (72) С.Д. Абрамов, Г.Г. Гаврилюк, 10.А. Леконцев, Е.Н. Третьяков, В.В. Фролов, А.В. Ченцов и С.В.Шаврин (71) Институт металлургии Уральского научного центра АН СССР (53) 669.162.267.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 395376, кл. С 21 В 5/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 988871, кл. С 21 В 7/24, 1981. (54) (57) 1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ путем изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения расхода топлива на выплавку чугуна, одновременно с изменением температуры дутья изменяют расход вдуваемого топлива на величину, обеспечивающую общее изменение теоретичес1 кой температуры горения от 0,4 до 0,6 С. на 1 С увеличения или уменьо о шения температуры дутья соответственно.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности (0,8-1,5)/(1+10 Ке VA ° ш), где К - коэффициент связи меяду изменениями температуры дутья и расхода вдуваемого топлива; V* — сред-ний расход дутья, м /т чугуна; ш— дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом.

1188208

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для управления тепловым состоянием доменных печей.

Целью изобретения является уменьшение расхода топлива на выплавку чугуна путем одновременного изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива в направлении, противоположном изменению теплового сос- 10 таяния печи. При этом расход вдуваемого топлива изменяют на величину, обеспечивающую изменение теоретической температуры горения кокса и вдуваемого топлива в фурменной зоне от I5 0,4 С до 0,6 С на каждый градус изменения температуры дутья, производимого с целью регулирования теплавого состояния печи. Для обеспечения точности регулирования с учетом усло-20 вий плавки температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорциональности

5)/(1+10 Ксв V> m) I pe К<в 25 коэффициент связи между изменениями расхода вдуваемого топлива и температура дутья, обеспечивающий получение изменений теоретической температуры горения топлива в указанных пределах; Ч вЂ” средний расход дутья в м /т чугуна; m — дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом.

Коэффициент связи К имеет размерность м /кг/ С.мз дутья и опреде3

35 ляется по формуле (3), полученной путем совместного решения уравнений (1) и (2), по которым определяются изменения теоретической температуры горения при изменении температуры дутья и расхода вдуваемого топлива

0,33 ЛЕА . („)

1 1+ Я+Чц, СН/V4) 0,36

45 т.. х|zt4 (Q+Cсн 600+0 ý 36 tpЧе ) -Cp t 2) (1+Я+ V Ä СН/V4 0,36

0,33-0, 36 4г г (1+я+Чсн CH/V4), (3) ов /+600 С сн +0,36 Че t т С t сн 50 где „ выбирается в пределах от т о

-0,4 до +0,6 С (так как достаточно рассчитать К в только, например, для случая повышения рассматриваемых парамет- 55 ров);

Ю вЂ” содержание кислорода в дутье, доли;

СН вЂ” отношение расхода углеводоV родной добавки к расходу дутья, м /м или кг/м расход тепла на разложение углеводородной добавки до углерода, водорода, окиси углерода и азота в присутствии углерода.

Например, для природного газа Q =-800 ккал/м ; безводного мазута и нефти 2100 кдж/кг или 500 ккал/кг, а с учетом воды 500 (1 в < )+1400(у ккал на 1 кг водно-мазутной смеси, где у доля воды в смеси, кг/т; среднее (обычное1 значение т теоретической температуры о горения на доменной печи, С;

V — выход 2-х атомных газов из

Cit

1 м- /кг углеводородной добавки без учета содержащегося в ней углерода;

С „ — содержание в углеводородной добавке суммы свободного углерода и связанного в углеводороды, кг/Mç или KF/KI

С вЂ” теплоемкость углеводородной

1 з,o добавки, ккал/м С, или ккал/кг С; — температура углеводородной сн о добавки, С, при вдувании газов без подогрева можно принимать равной нулю.

Если в качестве углеводородной добавки используется природный газ с характеристиками: Q = 800; Vr

535 tc„ = 0 0, то дпя

СН него при — = 0,06 предельные значеv> ния коэффициента связи К в, обозначенные здесь как х и х,, равны

0,33+0,144 (1 + 0,26 + 2 0,06)

800 + 0,36 2000 2 + 600 0 535

0206 10 э/

0 00 2.10-à мз/мэ

Если используется жидкое топливо, например мазут, с содержанием Н

137, С 857 в виде водномазутной. о эмульсии, нагретой до 80 С (tc< - =80) и содержащей 207 воды ((= .0,2), то для нее Я = 500 (1-0,2)+ 1400 0,2 .=

680 ккал/кг; С = О,б ккал/кгоС;

18

1,бб м /кг; С = 0,85(1-0,2)

= 0,68 кг/кг при СН = 25 10 кг/м Ъ

1188208

0,33+0,144(1+0,26+1,66 0,025) х

1 680+0,36 2000 -1,66+600 ° 0,68-0,6 80 — 0,0235- 10 кг/м С;

0,33 — 0,216 1,3015

2198

О 0022 10 кг/мз С.

В случае использования более слож10 ных углеводородных добавок для определения пределов применимо правило аддитивности. Нижний предел +0 4 изменения теоретической температуры горения обусловлен тем, что при его превышении (по модулю) заметно ухуд15 шается качество регулирования.

Верхний предел b.t„ (+0,6 С на т о о

1. С соответственно повышения или понижения температуры дутья) обусловлен тем, что в случае его превышения (по модулю) экономия топлива добавки снижается до незначительной величины и данный способ превращается практически в обычный способ регули25 рования температурой дутья.

Значение изменения торетической температуры внутри указанного диапазона выбирается с учетом конкретных условий, в частности принятых критериев оценки теплового состояния печи. З0

Если в качестве последних используется состав колошникового газа (регулирование с прогнозом), то целесообразнее выбирать д „ близким к нижнет му пределу +0,4. Если с небольшим за-35 паздыванием (например преимущественно по светимости фурм и продуктов плавки, а также при быстрых и значительных отклонениях от нормального теплового состояния и хода печи),то, 40 ближе к верхнему пределу +0,6>

С целью получения максимальной экономии топлива при регулировании теплового состояния печи по предла- 15 гаемому способу базовый расход вдуваемого топлива на ней необходимо устанавливать на уровне, соответствующем максимальной температуре дутья. Для практической реализации данного спо- 50 соба регулирования целесообразно указать меру эквивалентности предложенного комплексного технологичес. кого параметра (КТП), каким можно -считать одновременное в заданном 55 отношении изменение температуры дутья и расхода вдуваемого топлива, обычным регулирующим параметрам, т.е. температуре дутья, или расходу пара на увлажнение дутья

ht,= (д t )„,„(1+10 К, .V ° m) С; (4) ПАР = 0,01ЧА (t j (1+10 Ксь V m), (5) где (at<)„,п- изменение температуры дутья в составе КТП;

K, — коэффициент связи, например 0,01 ° 10 м /м С;

Чд — средний расход дутья . в м на 1 т чугуна, например 1150;

V — средний минутный расА ход дутья, например

2500 м /мин;

m — дифференциальный коэффициент замены кокса данной углеводородной добавкой, например

0,7 кг/мз .

Из формул (4) и (5) следует, что при указанных исходных данных изме нение температуры дутья в составе о

КТП на 10 С эквивалентно изменению о только температуры дутья на 18 С или только расхода пара на 450 кг/ч.

Для формализованных (автоматических) систем регулирования теплового состояния печи необходимо указать количественную меру воздействия предлагаемым параметром на выбранную единицу отклонения, любая из которых всегда может быть пересчитана на изменение температуры продуктов плавки.

При расходе дутья 1150 м /т чугуна, теплоемкости дутья О, 33 ккал/м С чугуна и шлака соответственно 215 и 560 ккал/т С и выходе шлака 0,20,6 кг/кг необходимое изменение только температуры продуктов плавки от заданной составляет

215 + 560 (О, 2-:О, 6)

А 0,33 1150 а температура дутья в составе КТП

Π8 — 1,5

4 кт 1-10.К Ч m

4 (6) Если укаэанный коэффициент (0,8-1,5) взять больше верхнего предела (> 1,5), то имеет место перерегулирование, а если меньше нижнего ((0,8), то в результате воздействия печь не выйдет на заданный тепловой уровень.

1188208

Примеры осуществления предлагаемого изобретения.

В качестве объекта для реализации изобретения выбрана доменная печь объемом l033 и, выплавляющая чугуна

1500 т/сут или 540 тыс. т в год.Средний расход дутья на печи состанляет

1800 м /мин или 1?28 м /т чугуна, содержание кислорода в дутье 21%. Регу- 10 лирование теплового состояния. данной печи осуществляют путем изменения температуры дутья в пределах преимущесто венно от 950 до 1100 С, поэтому среднее значение температуры дутья сос- $5 тавляет 1025 С. Теоретическая темпеа ратура горения соответственно колебляется в пределах 1950-2050оСи составляет н среднем 2000 С, По предложенному способу тепловое 20 состояние доменной печи регулируют путем одновременного изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива н соотношении, обеспечивающем общее изменение теоретической 25 температуры горения в пределах от

-0,4 до 0,6 С на 1 С соответственно о о повышения или понижения температуры дутья.

В качестве вдуваемого топлива на доменной печи используют природный гаэ, базовый расход которого установлен ранным 4,5 тыс. м /ч или

72 м /т чугуна или 0,042 м /м дутья (— = 0,042)., 35

Ъ !

45

Указанный отличительный признак преобразуется в пределы изменения расхода природного газа по формулам

0,33+0,36 0,4(!+я+ ЧУ вЂ” )

СН х ! >Vg

Q+0 36 „ tò+ 600Cñ„-C„ Ф

0,33+0,144(!+0,21+ 2 ° 0,042

800+0,36 2 2000+ 600 0,535

50,мЗ зоС м30 С

0,33-0,36 0,6(1 +ч+ ——

СН

1 хз

Я+От 36 Vc„tr+600Cc„с," 1,„

Характеристики природного газа: расход тепла на разложение Q =

800 ккал/м ; выход двухатомных газов из 1 м без учета углерода Vä, =

2 м /и ; содержание углерода Сн = сн

= 0,535 мг/м, теплосодержание С . = 0,0.

0) 33-0 ) 216 (1+0,21+2 0,042)

800 0,36 2 2000+600 0,535

= 0,02 ° 10

M3O C

Оценка теплового состояния доменной печи производится преимущественно при небольших отклонениях по анализу чугуна, а при больших — по светимостн и искрению чугуна и шлака на выпусках, т. е. с запаздыванием, поэтому коэффициент связи между температурой дутья .и изменением расхода природного газа целесообразно выбрать средним, т.е. Ксн= 0,01%/ С, или 0,0001 1728 =

= О, 173 м /т С, или 0,0001 1800 60 =

10,8 м /чоC.

Тепловое состояние доменной печи регулируют следующим образом.

Если печь разогрелась (похолодала), то температуру дутья уменьшают (увелио чивают) на 20-50 С в зависимости от величины отклонения от нормального теплового состояния. В связи с субьективной оценкой последнего, а также. с учетом возможности проявления дополнительных. возмущений через 2-4 ч производят дополнительную корректиронку температуры дутья.

По предложенному способу регулирование осуществляют аналогично, но с учетом повышенной тепловой мощности комплексного воздействия. Изменение расхода природного газа на

0,173 м /т чугуна эквивалентно

0,173 0,7 = 0,12 кг/т кокса,или измео нение температуры дутья на 1,2 С.

Следовательно, тепловая мощность одновременного воздействия температурой дутья и расходом природного газа больше тепловой мощности воздействия одной температурой дутья в

2,2 раза. Поэтому при том же изменении теплового состояния печи температуру дутья изменяют не на 20-50, о а на 10-25 С, но одновременно изменяют (с тем же знаком) расход природного газа на (10-25) ° 10,8 =

108 - . 270 м /ч, а. через 3-4 ч производят дополнительную корректировку температуры дутья и расхода природного газа.

При регулировании теплового состояния печи в соответствии с изобретением общий диапазон измейения температуры дутья уменьшится в 2,2 раза

1100-950 о и составит - = 68 С. Средняя

1188208 температура дутья повысится с 1025

1100+1100-68 о до 1066 С, т.е. на

41 С, что обеспечит экономию кокса

9,0 кг/т чугуна при перерасходе природного газа (1066-1025) 0,01

rr10 ° 1728 = 7,1 м и снижение себестоимости 1 т на 0,16 руб. Однако это справедливо лишь при условии, . 10 что дифференциальный коэффициент замены кокса природным газом m

= 0,7 кг/м . Если он равен, например, 0,5, то аналогичный расчет показывает, что средняя температура 15 дутья .1058,8 С, т.е ° повысится на

33,8 С, что даст заметно меньшую экономию кокса 6,3 кг/т, меньший перерасход природного газа 5,8 м и меньшее снижение себестонмости чугуна (на О,ОЪ руб.).

1 г

Для получения максимального экономического эффекта базовый расход природного газа (т.е. 4,5 тыс. м /ч) 25 целесообразно устанавливать при дос- тижении температурой дутья максимального значения, обеспечиваемого имеющимися воздухонагревателями, т.е. о

1100 С. В этом случае вместо эконо- З0 мии кокса и перерасхода природного газа будет получена экономия последнего, равная при ш = 0,7 (11001066) 0,173 = 5,88 м /т чугуна. Себестоимость чугуна снизится на те же

5,88 0,028 = 0,16 руб, а при m= 0,5 экономия природного газа будет больгае (1100-1058,8) ° 0,173 = 7,1 мг/т и себестоимость чугуна снизится на

0,2 руб.

Если в качестве заменителя кокса используют другую углеводородную до-.

"бавку, например. безводный мазут, в количестве 25 г/м дутья, подогре- 4s о тый до 80 С и с теплотой разложения

Q = 500 ккал/кг, то принципиально ничего не изменится..Прежде всего по составу мазута (например С = 85X, Н = 13X) необходимо рассчитать его

+ 5 характеристики: Ч „= - - О, 13

1,46 м /кг; С„ = 0,85; С " tc

= 0,6 80 = 48 ккал/кг, где 0,6 — теплоемкость мазута.

Далее определяют пределы изменения

0,33+0,144(1 "Q+ „-Ч— — СН

«Ч3, /+0 36 t < +600 С,„-С г сп

О, 33+0, 144 (1+О, 21+1,46 О, 025)

500+0,362 000 1,46-48+600 ° 0,85

= 0,025 ° 10 г кг/м С; (О, 33-0; 216) (1+О, 21+1,46 О, 025) г

2013,2

= 0,003 .10 кг/м С

Коэффициент связи между расходом мазута и температурой дутья по сооб-, ражениям, укаэанным вьппе, целесообразно выбрать равным среднему, т.е.

Ксп = 0,017 ° 10 кг/м С или 0,0171

«!О г 1728 = 0,294 кг/т С.

Изменение расхода мазута на

0,294 кг/т чугуна эквивалентно

0,294 .1,1 = 0,323 кг/т кокса или изменению температуры дутья на 3,2 С.

Следовательно, теплопроизводительность одновременного воздействия температурой дутья и расходом мазута больше теплопроизводительности воздействия одной температурой дутья в 4,2 раза. Соответственно диапазон изменения температурй дутья умейьшится в 4,2 раза и составит 100 -35,7%.ИОО - 9 0

Средняя температура дутья повысится

1100+1100-35,7 1082оС

Экономия мазута составит (11001082) 0,294 = 5,3 кг/т чугуна, а при коэффициенте замены кокса мазутом меньше 1, 1 соответственно больше.

В таблице приведены варианты реализации предлагаемого способа для случая использования в качестве углеводородной добавки природного газа и мазута для доменных печей объемом примерно 1000 и 1500 м, отличающихся и дутьевыми параметрами (указаны в .таблице).

1

I 4

1 К

I л

>х х х (6 (С»

Ql (О х

>Ъ

t(О

jC

О1 а

Ц

О х и х о о

С» о

Ю

СЧ

Ю л о

СЧ Ю л л м с1

CO Щ в

СЧ С 4 (Ч м м(Щ л

° л ел

СЧ

i L и

° л х х

Е

Ю

Ю

QO!

Н (d

Е (5 . Cj

Рве

С4 л

Х х

Е

О х

О

Х (е»

Е

° л и

Щ в и о

Ю л

Щ СЬ л л

Ю л о о е

Щ м е е .е.

Щ м л л

4 ! И

4 1

A 1 !

I и Щ о

v о о х

j» ll

o o

01 л о о

СО

o o сЧ г (»1 СО

Щ СП (4 СЧ!

o o

СЧ СЧ г л м м .» е о л

Щ л

Ю в

Ю

Ю м

О 1

Щ!

С 4 о

00 о с1

Q0 б б

»» л

Щ.4 CO в

Щ о сч м л О

Щ

С4 о х о

> !

»

Е

СО

СЧ л и

«к

) 1 (е!

63

Е

Е (»

М

Щ

СЧ

Ю

Ю!

° л ° в » л

Ю

Н

ll а е

О О о. Ю о о о о

Ц

>д ., х

Ц л о о

Х о (» о х щ в

Н II

Е» ееъ

e(u

o o л щ

С 4 .

СЧ 00

o o

Ch Ch

СО 00

Щ Щ О О

Ю о

Ю м

o o

О 1

Ф СЧ

Щ Щ о

Cj (Ч

4»

СЧ

Ю о, о о г л м о

Ю

С 4

CO

С0 м о о л

I и I

»4 !

+ (f; х х

t( и

Д», Д

I Cf

v o о о х ,!" +c х х (Н

I»

00 Х (d х о л П!

CCl

Щ о (71

». м л в л .:1 м

С 4

СЧ л О

00 ("\ л О е — Щ л л м (4

Щ (»1 м л л

Щ 0 1„ и Э м

Щ . г

° ° (4

Ю л г1 г

Ч» Се е

С 4 СЧ

Q0 вС»1 М ( в л

СЧ

С 4 (Ч

СЧ л л

Щ

О О л ° м) сЧ (»4 О

» л м .Ч

>Ъ (d

О. Х

Э 0! и х

z а

F» . й! с» е»!

o o

cv е»

o o е о (4 С4

o o

° л о о м м

o o

Ю е

Cl (Ч

Ю е ° е»

f о о

Ю

Г

Щ (Ч

Ю л

Ю о о

4 !

Щ1 о о л л

o o О (Ч с о л л

o o щ о

С 1

o o л в

o o о л

1

I

I

I м

1 X о о >

z Р

Э

Е

l e

o o е о сч

Щ»

o o в л о о ее ее

o o

О О

»

o o л в

o o ее м ! 1

o o (4 4»

° Q0 о о л л

o o е» eV !

o o е О се1 о о л л

o o е» ! о е о

СЧ

Ю л

С» л

-1

1

1 о л о х х х

Э в((Е и х о о

1(1 и

I c х

5 СЧ е в

Ю Ю

+1 +! о сч л л о ю

+! (ч о л е

:» °

l+ е л

Ю!

I! Е! !.

1 х! ! !

i I Х

Ое

1 I (0

1 е — — е с» щ о л в

С 4 С 4

00 (» С»1 в а л м сч

Ч» (»1 еО (4

Щ! Щ Ю л ° л

С 4!

o o o

»

СЧ О Ch (» Щ о î о л л л о o o

СЧ -б Ч» Г л в л л о о

+(4.! +I (-1

1188208

Ю О О л л о о

О О в л сч о о ю o o

CO л

Π— O

С0 о

00 М Щ

-б м (ч .л

О O л щ

М (Ч СЧ о

I о о е

Щ О л м о î о л л л

o o o

О л е л

=» o o

+j +I +I е

II .. М х (d х л а ° о и

Ц »»

Ql X

Х м х Е (d

СЧ э о

Я е х о

Ц о и х

4 Ы= о

И (d Ф.Н

Э (Н U а

О, !(О хЕ)> х 1(d (Н О а э!

° ° Э

I»» (» сч (Х -((Н hC

3 Э

° ° о

v (o f»

o v

Д °

ll e.

О 4j

>х х х 1 х

Х U Ql (О Х э !" х

Х dj

О Э !

Н

Х (Н(И Х 4

Е Ф х (е! Х (d 6) (Н а (d (d д Э (Н хx!и

1188208 (7) К

hCH =2Э где (at ) — размах колебаний температуры дутья в исходном

Составитель И. Курунов

Редактор М.Недолуженко Техред Л.Иикеш Корректор И. Максимишинец

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. Ужгород, ул. Проектная, 4

Коэффициенты связи между температурой дутья и углеводородными добавками (графы 2 и 3) рассчитаны по формуле (1). Меры эквивалентности изменения в составе комплексных технологических параметров (КТП) температуры дутья на 1 С изменению только

Ю температуры дутья или только расхода пара (графы 4 и 5). рассчитаны по 10 формулам (4) и (5). В графах Ь и 7 указаны необходимые для автоматических систем регулирования нормы одновременного воздействия температурой дутья и расходом углеводородной $5 добавки при отклонении температуры продуктов плавки от заданной на

«+100 С. При этом в соответствии с выходом шлака 0,5 и 0,35 коэффициенты в формуле (6.) приняты равными 1,3 20 и 1,1. Экономия углеводородной добавки (графы 8 и 9) рассчитана по формуле, вытекающей из изложенной выше методики, режиме (диапазон регулирования), С;

O..

Э вЂ” мера эквивалентности.

Из таблицы видно, что предпочтительные пределы ht от +0,2 до

+0,4 С; при gt = «+0,6 экономия дСН уже незначительна, а при +0,7 предлагаемый способ вырождается; т при h.а = +0,4 начнет проявляться двойственное влияние на тепловое состояние печи углеводородных добавок, в связи с чем начнет ухудшаться качество регулирования и фактическая экономия ЬСН окажется меньше расчетной.

Для реализации предлагаемого способа регулирования необходимы техни-. ческие средства, с помощью которых

tgH СН будут связаны в один комплексный технологический параметр. Ведущим в нем целесообразно выбрать а зависимым СН.

Таким образом, упрощена технология доменной плавки, так. как отпадает необходимость получать и использовать для увлаждения дутья пар.