Вугільне паливо в доменній печі
Зміст
Вступ
1. Літературний огляд
1.1 Технологія доменної плавки із застосуванням пиловугільного палива
1.2 Зміна рівня використання відновлюваної енергії горнових газів і ступеня прямого відновлення оксиду заліза
1.3 Норми компенсації при вдуванні в сурму пиловугільного палива
1.4 Особливості теплового режиму доменної печі при вдуванні в сурму додаткового палива
1.5 Зміна окислювальної здатності фурмених зон
1.6 Особливості процесу десульфурації чавуну
1.7 Регулювання теплового режиму доменної плавки за допомогою ПВП
1.8 Технологія доменної плавки при вдуванні ПВП
2. Методика виконання технологічних розрахунків
3. Графічний аналіз використання ПВП на основні технологічні показники доменної плавки
Висновки
Вступ
За економічних умов, які склалися сьогодні в Україні, необхідна модернізація однієї з бюджетоутворюючих галузей господарства - металургії. Особливої уваги заслуговує оптимізація доменного процесу, яка викликана дефіцитом сировини для отримання достатньої кількості коксу, великою ціною існуючих інших замінників.
Вважається доцільним, для інтенсифікації доменного процесу, використання пиловугільного палива (ПВП) як часткова заміну коксу.
Максимальне зниження витрати коксу спостерігається при застосуванні вугілля з максимальним змістом вуглецю і мінімальним змістом золи (рис.1).
Так, в США обробка результатів експериментів, проведених на промисловій печі, дозволила отримати залежність коефіцієнта заміни коксу К3 від зольності вживаного вугілля (1):
K3= 1,48-0,66(Аy/Ak) (1)
де Аy і Ak зольність ПВП і коксу.
1. Літературний огляд
1.1 Технологія доменної плавки із застосуванням пиловугільного палива
Затяжний період промислового освоєння технології доменної плавки із застосуванням пилевугільного палива можна пояснити необхідністю розробки складного і коштовного устаткування для обробки і вдування палива. Отже, в цьому випадку необхідна теоретична температура горіння визначається зміною тепловмісту шихти, що поступає в нижню зону теплообміну, яка визначається зміною ступеню прямого відновлення окислу заліза. Рівняння (1.1.1) можна виразити з урахуванням ступеня прямого відновлення:
При вдуванні в горн пиловугільного палива, близького по хімічному складу до коксу, рівень необхідних теоретичних температур визначається зміною ступеню прямого відновлення оксиду заліза. За інших рівних умов зниження ступеня на 1% визначає зниження необхідної теоретичної температури горіння на 15-25°С. При вдуванні худого вугілля необхідна температура горіння знижується на 20°С на кожних 100кг пилевугільного палива, введеного на 1т чавуну. Відносно малий темп зміни необхідної теоретичної температури пояснюється значним скороченням витрат природного газу, розрахованим виходячи з умови збереження на початковому рівні приходу водню на одиницю шихти, зниженням витрати дуття і виходу горнових газів на одиницю чавуну внаслідок приходу з летючими вугілля кисню, яке заміняє частину водню дуття.
Зниження теоретичної температури при вдуванні довгополум¢яного вугілля менше, ніж при вдуванні худого вугілля або антрацитів, що пояснюється підвищеним виходом летючих і великим скороченням витрати природного газу. За сприятливих умов плавки (зниження rd, на 2-4% на кожних 100кг вугільного пилу на 1т чавуну) необхідна і теоретична температури горіння трохи розрізняються . Таким чином, як і при вдуванні природного газу, вдування в фурму пиловугільного палива супроводжується зниженням необхідної теоретичної температури, причому тим більш значним, ніж значніше зниження ступеня rd. Ця обставина визначає наявність мінімальної різниці між теоретичною і необхідною температурами горіння. Отже, при вдуванні вугілля з високим вмістом вуглецю додаткова компенсація впливу палива не є обов'язковою або може бути мінімальною.
При вдуванні пиловугільного палива повна і надмірна компенсація впливу добавки, що охолоджує, за рахунок зміни температурно-дуттєвого режиму так само ефективна і економічна, як і при вдуванні інших палив.
Підвищення теоретичної температури горіння, в першу чергу за рахунок підвищення температури дуття і скорочення його вологості, сприятиме внесенню до горну додаткового фізичного тепла, поліпшенню умов нагріву шихти, використанню відновної енергії газу і, кінець кінцем, підвищенню ефективності застосування пиловугільного палива.
Витрата природного газу є основним параметром, скорочуючи який можна забезпечити необхідний рівень теоретичної температури горіння при вдуванні в горн значної кількості пиловугільного палива.
У конкретних технологічних умовах необхідний рівень теоретичних температур горіння визначається, перш за все, виходом горнових газів і ступенем завершеності теплообміну на межі проміжної і нижньої зон теплообміну.
Збагачення дуття киснем визначає значне скорочення виходу фурмових газів і підвищення теоретичної температури.
Можна зробити висновок про те, що збереження або поліпшення основних технологічних умов плавки при застосуванні комбінованого дуття може бути забезпечене за умови збереження або зменшення загального на 1 т чавуну виходу горнових газів і збереження або підвищення теоретичної температури горіння.
1.2 Зміна рівня використання відновлюваної енергії горнових газів і ступеня прямого відновлення оксиду заліза
Розвиток реакцій відновлення вюстіта оксидом вуглецю і воднем визначає ступінь використання відновної енергії газів і розвитку відновних процесів в шахті печі, величину коефіцієнта прямого відновлення оксиду заліза, що, кінець кінцем, визначає і ефективність процесу відновлення - відносні витрати тепла, відновного газу і коксу.
Вирішальний вплив на зміну ступеню використання відновної здатності газів надає зниження виходу газів-відновників .
Згідно даним Череповецького металургійного комбінату і Донецького металургійного комбінату при скороченні виходу газів-відновників від 1350 до 750-800 м3/т чавуну відмічено зниження rd, від 0,4-0,5 до 0,3-0,4. При цьому ступінь використання оксиду вуглецю в печі підвищується від 0,25-0,30 до 0,37-0,40. При подальшому зниженні виходу газів-відновників наголошується збільшення rd до 0,40-0,45, що можна пояснити недостатньою кількістю газів-відновників для проходження реакції відновлення вюстіта
Проте вихід газу-відновника є лише одним з показників, що визначає хід реакцій відновлення вюстіта оксидом вуглецю і воднем, нарівні з такими як висота зони сповільненого теплообміну, інтенсивність плавки, тиск газів в робочому просторі печі, частка коксу в шихті, частка оксидів заліза в агломераті та ін.
Мірою, що узагальнює ці та інші показники є час контакту газу-відновника з оксидами заліза в зоні сповільненого теплообміну доменної печі.
Час контакту газів-відновників з оксидами заліза найповніше відображає вплив технологічних умов на розвиток відновних процесів в шахті печі, ступінь використання газів і ступінь непрямого відновлення оксиду заліза. Одним з основних наслідків, що визначила ця зміна є зниження виходу газів-відновників на одиницю шихти, що виразилося в зниженні надлишку газу-відновника для реакції відновлення вюстіта оксидом вуглецю і воднем з 1,3- 1,5 до 0,7-0,8.
Збільшення τ до 0,7с супроводжується збільшенням відносного ступеня використання газу для реакції відновлення оксиду заліза оксидом вуглецю від 0,3 до 0,7-0,9. За одиницю приймаєм рівноважний вміст СО2 в горновому газі. Подальше збільшення τ не викликає істотної зміни ступеню використання газу. Мабуть, при надлишку газу-відновника, рівному 0,8-0,9 і величині часу контакту τ = 0,7с фактичний склад газу в шахті печі наближається до рівноважного для реакції непрямого відновлення оксиду заліза.
Тільки вдування високо вуглецевого пиловугільного палива супроводжується збільшенням часу контакту τ завдяки збереженню або зниженню виходу фурмових газів і значному зниженню витрати коксу.
1.3 Норми компенсації при вдуванні в фурму пиловугільного палива
Для кожного виду додаткового палива може бути визначений номінальний рівень сумарного коефіцієнта заміни ΣK3, при якому в міру збільшення витрати палива не відбувається збільшення виходу фурмових газів, зниження теоретичної температури горіння і відповідного погіршення технологічних умов плавки.
При величині K3>1,0-1,2 вдування пиловугільного палива поліпшує комплекс технологічних умов плавки, що визначають розмір збільшення витрати палива на зростання продуктивності, підвищення ступеня використання відновної енергії сурмових газів, скорочення часу згоряння додаткового палива при підвищенні рівня необхідних теоретичних температур горіння. Теоретично при величині К3= 1,0-1,2 і більше при збільшенні витрати палива не відбувається негативних змін в стані технологічного режиму, які обмежували б ефективність застосування пиловугільного палива і величину його оптимальної витрати.
Разом з підвищенням температури дуття і зниженням його вологості компенсуючими заходами можуть бути вивід з шихти вапняку, зниження виходу шлаку, часткова металізація шихти.
Розрахунковим шляхом і промисловими експериментами було встановлено, що при зниженні зольності пиловугільного палива до 70-80 % від зольності вживаного коксу величина К може наближатися або перевищувати номінальний рівень, що забезпечує збереження або поліпшення технологічних умов і величини К при збільшенні витрати палива.
Розрахунки показали, що при будь-якому початковому вмісті кисню в дутті, використанні природного газу і коксу, вдування нізкозольного пиловугільного палива при деякому зниженні витрати природного газу (на 0,1-0,3 м3/кг) може забезпечити отримання технологічних режимів, що відповідають основним вимогам по виходу сурмових газів і рівню теоретичних температур горіння.
1.4 Особливості теплового режиму доменної печі при вдуванні в сурму додаткового палива
Вдування у фурму природного газу, в меншій мірі пиловугільного палива, супроводжується інтенсифікацією процесу непрямого відновлення оксиду заліза (rd), а також зниженням окислювального потенціалу фурмених зон, слідством чого є зменшення численія елементів чавуну, в першу чергу заліза.
В результаті вказаних змін відбувається істотнє зменьшення приходу у фурму оксиду заліза, відновлення якого йде прямим шляхом, тобто із значним споживанням тепла.
На практиці, при вдуванні природного газу і пиловугільного палива, відновлення оптимального нагріву фурми і якості продуктів плавки досягається збільшенням рудного навантаження і відповідним зниженням витрати коксу.
Страницы: 1, 2
