Способ подачи горячих восстановительных газов в фурменный очаг доменной печи

 

Сущность изобретения: способ подачи горячих восстановительных газов (ГВГ) в фурменный очаг доменной печи включает вдувание в фурменный прибор пылеугольного топлива и горячего окислительного дутья и газификацию пылеугольного топлива в фурменном приборе. Новым в способе является то, что пылеугольное топливо вдувают в количестве, обеспечивающем достижение коэффициента избытка окислителя в пределах 0,4 - 0,5, определяют содержание CO_{2 газа} и температуру t_газа в ГВГ и изменяют расход пылеугольного топлива до получения минимального значения соотношения . 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано в устройствах для подвода реагентов в шахтные печи, например в доменную печь.

Известен способ подачи пылеугольного топлива (ПУТ) в фурменный очаг доменной печи, включающий ввод ПУТ на ось потока горячего дутья в фурменном сопле.

Недостатком известного способа является ограничение увеличения расхода угольный пыли вследствие трудности полного сжигания угля в фурменном очаге.

Наиболее близким к изобретению является способ подачи пылеугольного топлива в фурменный очаг доменной печи, включающий вдувание угольный пыли в смонтированный на фурменном приборе реактор-газификатор (РГ) для получения горячего восстановительного газа (ГВГ), подаваемого в доменную печь.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает повышение устойчивости процесса газификации и степени использования пылеугольного топлива за счет регулирования процесса газификации изменением расхода пылеугольного топлива.

Целью изобретения является снижение расхода кокса за счет повышения устойчивости процесса газификации и степени использования пылеугольного топлива.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подачи пылеугольного топлива в фурменный очаг доменной печи, включающему вдувание угольной пыли в смонтированный на фурменном приборе реактор-газификатор для получения горячего восстановительного газа, подаваемого в доменную печь, угольную пыль вдувают в количестве, определяемом из условия достижения коэффициента избытка окислителя в пределах 0,4-0,5, после чего варьируют его расход в указанных пределах до получения минимального значения соотношения .

Способ осуществляется следующим образом.

Пылеугольное топливо вдувают в РГ, смонтированный на фурменном приборе доменной печи, и газифицируют горячим дутьем, подаваемым из кольцевого коллектора горячего дутья, а горячий восстановительный газ из РГ подают в доменную печь с целью экономии кокса. Причем чем выше температура газа, ниже содержания окислителей и негазифицированного угля в нем, тем выше коэффициент замены кокса горячим восстановительным газом так как согласно данным коэффициент замены кокса ГВГ в зависимости от состава и температуры изменяется следующим образом: КЗ_гвг=0,32(Н₂)+0,20(СО)+0,12х10^-3хt_гвг- -1,15х(СО₂+Н₂О)-0,09х(N₂), кг/м³, где (Н₂), (СО), (СО₂+Н₂О), (N₂) - объемная доля соответствующих компонентов в ГВГ, м³/м³; t_гвг - температура ГВГ, ^оС; а непрореагировавший углерод угля может быть потерян для процесса вследствие удаления его из доменной печи вместе с шлаком. Кроме того, жидкотекучесть шлака ухудшается из-за попадания в него углерода угля, что может вызвать нежелательные последствия - ухудшение дренажной способности горна и газопроницаемости слоя шихты в доменной печи.

На чертеже представлено изменение расчетных показателей работы РГ от изменения коэффициента избытка кислорода α при газификации угля горячим дутьем с температурой 1000^оС и содержанием кислорода 21%.

При подаче ПУТ в РГ в таком количестве, что α будет менее 0,5, газифицируется только часть угля (до СО). Остальная часть удаляется из РГ вместе с шлаком и ГВГ. В результате коэффициент замены кокса углем будет снижаться. Согласно расчетам в получаемом газе не должно содержаться СО₂, однако в силу кинетических особенностей процесс газификации идет не до конца и в ГВГ будет содержаться некоторое количество СО₂ (≈0,5-3%) и негазифицированного углерода. При значительном количестве негазифицированного угля будет снижаться устойчивость процесса газификации с дополнительным ухудшением стабильности химсостава газа.

По достижении значения α =0,5 будет газифицироваться весь уголь (до СО). По мере возрастания α до 1 в продуктах газификации угля появляется и возрастает содержание СО₂ (до 21% на атмосферном дутье), а СО уменьшается до 0% . При α =1 температура повышается до ≈2500-3000^оС. Работа в таком тепловом режиме может привести к выходу из строя РГ и тракта подачи ГВГ в доменную печь.

Согласно расчетам наибольший коэффициент замены кокса ГВГ будет при подаче в РГ такого количества горячего дутья и ПУТ, при котором α =0,5 (α = где L_n - количество кислорода, поступающего для газификации топлива; L - количество кислорода, необходимое для полного сгорания топлива).

Однако по данным практических исследований вследствие кинетических и других факторов газ с низким содержанием окислителей и не содержащего негазифицируемого углерода угля можно получить при 0,4< < α < 0,5 (при α < 0,4 в газе появляется конденсированный углерод, а при α > 0,5 - высокое содержание СО₂), а наибольший коэффициент замены кокса ГВГ будет при наименьшем отношении содержания СО₂ к температуре ГВГ.

Количество горячего дутья, поступающего в РГ, не постоянно, а изменяется в зависимости от изменения сопротивления РГ по мере увеличения расхода ПУТ, изменения газопроницаемости столба шихты над данным фурменным прибором и перераспределения его расхода по окружности доменной печи. В соответствии с этим соотношение реагентов необходимо поддерживать изменением расхода ПУТ. Точное определение необходимого расхода ПУТ в конкретный момент работы фурменного прибора в этом случае затруднено в силу колеблемости расхода дутья. Первоначально ПУТ вдуваем в количестве, определяемом из условия достижения α в пределах 0,4-0,5 (расход ГОД определяем по максимальной пропускной способности фурменного прибора с смонтированным РГ), а затем определяем с помощью известных технических средств содержание СО₂ и температуру газа и поддерживаем минималь- ное значение соотношения .При этом достигается устойчивый процесс газификации, полная газификация угля до СО при минимальном количестве окислителей и наиболее высокой температуре газа, что обуславливает высокий коэффициент замены кокса ГВГ. Следовательно, цель предлагаемого изобретения достигается.

Пример практической реализации способа подачи ПУТ в фурменный очаг доменной печи приведен на примере доменной печи N 2 полезным объемом 1033 м³ (16 фурм) НПО "Тулачермет". На доменной печи все фурменные приборы оборудованы РГ. Горячее дутье с температурой 1000^оС и содержанием кислорода 21% из кольцевого коллектора горячего дутья подается в РГ. При работе печи в классическом режиме ГОД через РГ поступает в фурмы доменной печи. При работе с подачей ГВГ в доменную печь в РГ подается для газификации горячим дутьем ПУТ.

1. При пропускной способности фурменного прибора с смонтированным на нем РГ 5000 м³/ч в РГ необходимо подать ПУТ в количестве V_у= = = 1608 ÷ 2010 кг/ч где V_д - расход ГОД на 1 фурму, м³/ч, ω - объемная доля кислорода в дутье, м³/м³; С_у - доля углерода в угле, кг/ч; 1,866 - количество кислорода, необходимое для полного сжигания 1 кг углерода.

Подаем в РГ 1750 кг/ч угля, при этом α = = = 0,46
Определяем с помощью известных технических средств температуру и содержание СО₂ в газе и получаем значение соотношения
= = 6,46·10^-4 где СО_2газа - содержание СО₂ в ГВГ, %;
t_газа - температура ГВГ, ^оС.

Затем уменьшаем расход ПУТ до тех пор, пока уменьшается значение соотноше- ния .

Подаем в РГ 1650 кг/ч пылеугольного топлива, при этом
α =0,487; = = 2,46·10^-4
Так как 2,46х10^-4<6,46х10 расход ПУТ уменьшаем до 1600 кг/ч, при этом
α =0,502; = = 7,44·10^-4
Так как 7,44х10^-4>2,46х10^-4, увеличиваем расход ПУТ до 1650 кг/ч, при этом
α =0,495; = = 2,46·10^-4
Таким образом наименьшее значение будет в диапазоне расхода ПУТ 1625-1650 кг/ч. Коэффициент замены кокса углем в этом диапазоне составит 0,905-0,939 кг кокса/кг угля. При вдувании 1000 кг угля/т чугуна экономия кокса составит:
1000 кг/т х 0,92 кг/кг = 920 кг кокса/т чугуна. Постоянно поддерживая минимальное значение соотношения , достигаем того, что независимо от изменения расхода дутья, поступающего в РГ, поддерживаем режим газификации, при котором наибольшая степень газификации угля до СО, а газ имеет при низком содержании окислителей наибольшую температуру.

2. Подаем в РГ 2050 кг/ч ПУТ:
α = = = 0,39
= = 1,03·10^-3
Часть угля газифицируется до СО:
= = 1608 кг/ч где 0,933 - расход кислорода на газификацию 1 кг углерода до СО, остальные 442 кг ПУТ/ч удаляются из РГ с шлаком и газом. Коэффициент замены кокса углем составит 0,697 кг кокса/кг угля. При вдувании 1000 кг ПУТ/т чугуна экономия кокса составит:
1000 кг/т х 0,697 кг/м³ = 697 кг кокса/т чугуна. В сравнении с оптимальным режимом работы РГ экономия кокса ниже на 223 кг кокса/т чугуна.

3. Подаем в РГ 1500 кг/час ПУТ:
α = = = 0,53
= = 1,42·10^-3
Часть угля газифицируется до СО₂, а остальная до СО:
V_у = = = 108 кг
V_уСО= 1500-108= 1392 кг Коэффициент замены кокса углем составит 0,86 кг кокса/кг угля. При вдувании ПУТ 1000 кг/т чугуна экономия кокса составит: 1000 кг/т х 0,86 кг/кг = 860 кг кокса/т чугуна. В сравнение с оптимальным режимом работы РГ экономия кокса ниже на 60 кг/т.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДАЧИ ГОРЯЧИХ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ В ФУРМЕННЫЙ ОЧАГ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ, включающий вдувание в фурменный прибор пылеугольного топлива и горячего окислительного дутья и газификацию пылеугольного топлива в фурменном приборе, отличающийся тем, что пылеугольное топливо вдувают в количестве, обеспечивающем достижение коэффициента избытка окислителя в пределах 0,4 - 0,5, определяют процентное содержание CO₂ и температуру в горячем восстановительном газе и изменяют расход пылеугольного топлива до получения минимального значения соотношения CO₂ газа / t газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1