Способ регулирования теплового состояния доменной печи

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистицескизРеспублик пп 98887122)Заявле 4 соединением заявки ЭЙ Рщдэрственкыб кевкте.:СССР во делэи изебретенкк и открытвй) Приоритет нь М публиковано 15,01.83. БюллеДата онублнковання описания 1 Кбб 9 с 1 б 2 .4 (088. 8.Нов нститут металлургии УральскогАН СССР 71) Заявитель(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯН ДОИЕННОИ ПЕЧИет даже Изобретение относится к черной металлургии, к производству чугуна в доменных печах и посвящено реве" нию технической задаци - реализации возможности уменьшения расхода углеводородных добавок в периоды горяцего хода печи, с целью снижения за сцет этого расхода топлива и повы 1 рения производительности печи,Наиболее близким к изобретению является способ регулирования теплового состояния доменной плавки, включающий использование в качестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью путем изменения расхода углеводородной добавки и пара для увлажнения дутья 11Недостаток известного способа сос" тоит в том, что пар и углеводородные добавки рассматриваются как независимые параметры. Например, согласно про тотипу при холодном ходе печи уменьшают влажность дутья вплоть до естественной и только в слуцае недостаточности этои меры дают холостые подачи, уменьшают рудную нагрузку (повышая тем самым расход кокса), уменьшают количества дутья, сокращаютрасход природного газа (или других 5добавок) и кислорода, снижая тем самым производительность печи.Использование. пара для регулирования теплового состояния печи приводит к перерасходу кокса в количестве 0,7-0,8 кг/т чугуна на 1 г/мэвлажности дутья или на 0,46-0,53 кг; на 1 кг пара, По этой причине на практике верхний предел расхода параограничивают, но тем самым ограничивают и диапазон регулирования, чтоотрицательно сказывается на качестве чугуна и частоте глубоких расстройств печи.о В случае чрезмерного заниженияверхнего предела расхода пара (в пре"деле до нуля) расход кокса можповыситься как по указанным прицинам, так и из-за того, что обслужи 988871вающий персонал печи стремится иметьнепосредственный запас тепла в видеповышенного (против нормального) среднего уровня нагрева продуктов плавки,не располагая запасом тепла в виде %пара или температуры дутья,Поэтому задача состоит в том, чтобы уменьшить расход пара (в общемслучае влажность дутья), но такимобразом, чтобы диапазон регулирова Ония, обеспечиваемый этим уменьшеннымколичествам пара, остался без изменений. Только в этом случае экономиякокса будет бесспорной.Решение этой задачи связано с использованием в качестве регулирующего параметра углеводородных добавок, Однако известно, цто регулирование углеводородными добавками затруднено из-за плохого качества регулирования. Это обусловлено тем, чтовсе используемые на практике углеводородные добавки имеют в своем сос"таве предельные углеводороды, на разложение которых в горне печи расхо- фдуется значительное Количество тепла, Поэтому повышение, например расхода мазута или природного газа, сцелью устранения похолодания, приводит снацала даже к усилению похолодания вследствие понижения температуры газов в фурменных очагах (теоретическая температура горения понижается на 50-60 О С на 1 у природнопогаза к дутью и на 1-д с на каждый ззграмм мазута в 1 м дутья). По этойпричине во многих случаях, в частности при наличии сравнительно высокочастотных колебаний тепловогосостояния, обусловленных, например щнестабильностью сырья, этот способне может быть использован,По способу доменной плавки, регламентированному технологической инструкцией (прототипом) предусматривается и прием корректировки теплового состояния путем одновременного изменения расхода пара и углеводородных добавок. Так, в11 записано, что подачу в горн пеци природного газа необходимо начинать с оптимального для данных, условий количества и одновременно сократить искусственное увлажнение, Однако эта рекомендация относится только к начальному периоду подачи природного газа, Последующее регулирование теплового состояния печи осуществляется уже с помощью пара, расходадутья, рудной нагрузки и т,д т.е,с помощью приемов, недостатки которых рассмотрены.Цель изобретения - экономия топлива и повышение производительностидоменной печи,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регулирования теплового состояния доменнойпечи включающему использование вкачестве топлива кокса и углеводородных добавок к дутью путем одновременного изменения расхода углеводородной добавки и пара на увлажнениедутья, расход пара и углеводороднойдобавки изменяют в соотношении,обеспечивающем суммарный расход тепла на разложение пара и соответствующей ему углеводородной добавки,равный 60-954 от расхода тепла наразложение одного параРасход тепла на разложение пара(или тепловой эффектобразования)равен 57,8 ккал/моль или 3210 ккал/кгна разложениеметана - 17,89 ккал/мольили 800 ккал/м , на разложение природного газа - 850-860 ккал/м 3, наразложение безводного мазута и нефти - 2100 кДж/кг или 550 ккал/кг,а с учетом воды 500(1-т)-3790 ккал/кгводномазутной смеси, где- доляводы в смеси, кг/кг.Следовательно, в случае использования в качестве углеводородной добавки к дутью природного газа указанные пределы (60-954) легко преобразуются в коэффициенты связи междупаром и природным газом3210-855 ПГ 0 60 0 95 3210 1 1 ф откудаПГ=-(0,2-1,5) м/кг пара,Аналогично определяются коэффициенты связи пара с другими углеводородными добавками, в частности сбезводным мазутом и нефтью откуда Ь М=-(0,3-2,5)кг/кг пара,Таким образом, согласно предлагаемому способу любое повышение расхода пара должно сопровождаться одновременным уменьшением расхода углеводородной добавки, и сущность изобретения состоит в том, что используется то обстоятельство, что нера9888716чества сжигаемого углерода повышается примерно на= 20 т/су г 4 55) 0 0Х.1 2 В41( щ остаетсяпример 3ного газ 1-У =6 с.м/сут ЛИ 4 горячем рас"о топ"сть пеколидутья в периоды в меньшей степе сжигание излишне у производительн счет уменьшения Кислород го хода печ ходуется на ва, поэто только звенство нулю расхода пара однозначно свидетельствует об избытке тепла в печи, а, следовательно, и об из" бытке поступления в нее топлива (точнее в Фурменные очаги). ЭПоэтому по предлагаемому способу расход топлива, а именно углеводородного, в этот период работы печи уменьшают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнительного разогрева печи, неизбежного при использовании способа по авт. св, У 395376, И наоборот, в случае:похолодания печи, обусловленного тем, что в этом случае в печь 1 ф поступает меньше топлива, чем это необкодимо, расход топлива повышают, но в таком соотношении с паром, чтобы исключить возможность дополнительного похолодания печи, При этом ди апазон регулирования расширяется, а регулирующие свойства "смеси параметров" могут быть выбраны такими (за счет изменения соотношения между паром и углеводородной добавкой), И чтобы они наилучшим образом соответствовали выбранному показателю теплового состояния печи.Иллюстрируют эти положения, а также и другие преимущества предлага емого способа по сравнению с прототипом для случая использования в качестве углеводородсодержащей добавки природного газа при коэффициенте. связи между паром и природным газом 0,41, т.е. повышение или уменьшение расхода пара на 1 кг сопровождается соответственно уменьшением или повышением расхода природного газа на 0,41 мот установленного базового 4 О значения, соответствующего закрытому пару.В этом случае происходят следуюие изменения по сравнению с прототипом. 45Бсли верхний предел расхода парабез изменений и равным, .на 000 кг/ч, то экономия природа 1ПГ составляет где 0,55 - содержание углерода в природном газе, кг/м,400 - количество углерода сжигаемого у Фурм в кг на 1 т чугуна,Пар воздействует на тепловое сос"тояние печи сложным образом, Для него характерно наличие переходногопроцесса, который обусловлен тем,что примерно 403 образующегося в районе фурменных очагов водорода участвует в восстановлении, т,е, сновапревращается в пар. Поэтому "стоимость" пара в калориях меняется вовремени от 3210 до,3210 (1-0,4)д 1926 ккал/кг. 8 предлагаемом способе при указанном соотношении междуПГ и паром количестве газов-восстановителей не изменяется: где 1 24 - выход водорода из. 1 кг пагд3ра, 20 - выход водорода из 1 м природного газа, ф 0,55 - выход СОИ.из 1 иприродного Газа Переходного процесса нет, следовательно указанная "смесь" параметровявляется идеальным регулятором теплового состояния особенно тогда, когда в качестве показателей тепловогосостояния печи выбирают такие, которые оцениваются без опережения (температура и состав чугуна, светимостьФурм и продуктов плавки, скоростьсхода подач и т,п.),"Стоимость" 1 кг пара в пересче "те на кокс составляет 0,46-0,53 кг,а "стоимость" 0,41 м природного газа 0,41 0,8=0,33 кг (0,8 - коэффициент замены кокса газом), Следовательно, стоимость "смеси параметров"составляет (0,46-0,53,)+0,33=0 е 79 О;86 кг, что в 1,62-1,7 раза больше"стоимости" 1 кг пара. Это означа"ет, что во столько же раз расширяет"ся диапазон регулирования, за счетэтого повышается качество чугунаи уменьшается частота глубоких рас-стройств печи. Бсли же существовавший до использования предлагаемогоспособа диапазон регулирования былдостаточным, то при том же диапазо 7 98887не регулирования верхний предел расхода пара уменьшается с 3000 до=1750-1850 кг/ч. В этом30001,62-1,72случае зкономия природного газа соответственно уменьшается в 1621,72 раза, но остается достаточно14,76высокой и равной .-1 7 =8,6-.1 О9,1 тыс. м /сут,Полученную зкономию природногогаза можно оставить в качестве таковой, а можно повысить средний расход природного газа до прежнего базового уровня и получить за счет этого. снижение расхода кокса на (8,69,1) 0,8=69-7,3 т/сут, где 0,8 -коэффициент замены кокса природнымгазом.2 гПри уменьшении значения Ь ПГ эффективность предлагаемого. способа соответственно и линейно уменьшается,но принципиальных трудностей его осуществления не возникает, Поэтомууказанный верхний предел по теплотам разложения (953) соответствующий коэффициенту связи между, пароми природным газом 0,2 (т,е. ПГ==0,2 мз/кг пара), или паром и безводным жидким топливом 0,3 (ЬМ==-0,3 Кг/кг пара) обосновываетсятем, что меньшие по абсолютной величине значения ЬПГ и ЬИ уже трудноразличимы на шкалах приборов "Расход природного газа" и "Расход жидко- Зфго топлива".Напротив, повышение коэффициентасвязи сопровождается соответствующимповышением эффективности способа,но при этом регулирующие свойства=-(09-1,0) м/кг пара теоретическая температура горения остается без45измененийи охлаждение печи происходит только за счет уменьшения количества газов-восстановителей на 1.1,244-1.(2+-У в , 0,55 =-1,78 м /22,4 3пара и за счет повышения интенсивности схода подач,Такое регулирование не только возможно, но иногда даже предпоцтительнее, а именно в том случае, когдав качестве показателя теплового состояния доменной печи используется,например состав колошникового газа,т.е. тогда, когда регулирование имеет своей целью устранение возмущений, сформировавшихся в верхних горизонтах печи, Однако дальнейшее повышение коэффициента связи между паром и природным газом приводит к тому, что теоретическая температура горения повышается тогда, когда необходимо охлаждать печь, и понижается, когда необходимо греть, По этой причине при превышении коэффициента связи между паром и природным газом 1,5 Ь ПГ=Ъ=-1,5 М /м пара) или между паром и безводным жидким топливом 2,5 (ЬИ= =-25 кг/кг пара) следует ожидать уже существенного ухудшения качества регулирования и хода доменной печи, чем и обосновывается нижний предел по теплотам разложения 603. Для осуществелния предлагаемогоспособа необходима автоматика, обес -печивающая одновременное изменениерасхода пара и углеводородных добавокв заданном соотношении,П р и м е р, В качестве базовогообъекта принимают доменный цех НТМК,имеющий в своем составе 6 доменныхпечей и выплавляющий около 7 млнтчугуна в год,Верхний предел по расходу установлен на каждой печи, равным 3000 кг/ча в целом по цеху 18000 кг/ч, Такимобразом, расход пара колеблется впределах от 0 до 18000 кг/ц и в среднем составляет около 9000 кг/ч. Поданным планеметрирования этот показатель оказывается равным 8570 кг/ц.В качестве исходного состоянияодной из доменных печей принимаютследующее, Тепловое состояние доменной пеци нормальное, пар закрыт,расход природного газа установленравным 10000 м /ц,Рассматривают ситуацию, когда печьпо тем или иным причинам начинаетразогреваться, и обслуживающий персонал устанавливает расход пара равным, например 1000 кг/ч. В настоящее время расход природного газаоставляют при этом без изменений,Согласно предлагаемому способурасход пара и природйого газа изменяют одновременно в таком соотношении, что суммарный расход тепла наразложение пара и соответствующейему углеводородной добавки составляет 60"954 от расхода тепла на разложение одного пара, Расход тепла наразложение пара составляет 3210 ккал/кг9 98а на разложение природного газа860 ккал/м, По этим данным указанныепределы (60-953) аегко преобразуютсяв пределы соотношений между пароми природным газом 210+860 ЬПГ -0 6+О 5Ф Ф откуда следует, что АФПГ=- (0,2- 1,5 м /кг пара, т.е. увеличение или уменьшение расхода пара с целью коррекции теплового состояния доменной пеци должно согласно прилагаемому способу сопровождаться соответствен" но уменьшением или увеличением расхода природного газа на 0,2-1,5 и/кг пара.Для дальнейшей иллюстрации способа выбирают среднее значение ЬПГ= -. 0,85 и ./кг пара.3В рассматриваемом примере расход пара увеличивают на 10000 кг/ч. Следовательно, расход природного газа необходимо уменьшить на 1000 0,85= =850 м/ци он составляет 10000-850= =9150 м /ч.В случае похолодания печи расход пара как обычно уменьшают, но дополнительно согласно предлагаемому .способу увеличивают расход природного газа. Например, при уменьшении расхода пара с 1000 до 500 кг/ц расход природного газа повышают с 9150 до 9150+5000,85=9575-м/ч, Еслиже пар закрывают полностью, то расход природного газа повышают до базового уровня, соответствующего закрытому пару, т,е, до 10000 м/ч. При этом не имеет значения какой информацией пользуется обслуживающий персонал, изменяя расход пара, На экономическую эфФективность предлагаемого способа не оказывают влияния и допускаемые при этом ошибки, Важно лишь 8871 10. то, что увеличение, например расхода пара, является действием, направленным на устранение последствий избыточного в данный момент З поступления топлива в доменную печь,.и предлагаемый способ позволяетнепосредственно реализовать эту возможность уменьшения расхода топлива,Технологические последствия такого 1 О способа работы при различных соотношениях между паром и природнымгазом подробно рассмотрены, поэтомув рассматриваемом примере ограничива-.-ются оценкой конечных результатов 1 применительно к базовому объекту.Использование изобретения обеспечивает снижение себестоимостицугуна на 0,127 руб/т. Формула изобретенияСпособ регулирования тепловогосостояния доменной печи, включающийИ использование в качестве топлива. кокса и углеводородных добавок к дутью путем одновременного изменениярасхода углеводородной добавки и пара для увлажнения дутья, о т л иЗЕ ц а ю. щ и й с я тем, что, с цельюобеспечения зкономии топлива и повышения производительности доменнойпени, расход пара и углеводороднойдобавки изменяют в соотношении, обеспецивающем суммарный расход тепла наразложение пара и соответствующейему углеводородной добавки, равный60-953 от расхода тепла на разложение одного пара,46 Источники информации рпринятые во внимание при экспертизе1, Типовая. технологическая инструкция по доменному производству,Днепропетровск. 1977, равд, Ч и Ч.Составитель Б.РаковскийРедактор Е.Лазуренко Техред К,Иыцьо Корректор С.ШекмарЗаказ 10993/34 ираж 566 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений. и открытий 113035, Иосква, Ж-ЗЯ, Раушская наб., д, 4/5 илиал ПППатент , г, жгород, ул. роектная,