Способ регулирования теплового состояния доменной печи

(19) (11) 51)4С 21 В 7/24 УДАРСТВЕННЫ ДЕЛАМ ИЗОБРЕ КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ У К АВТОРСКО ин го нал(54)(57) 1. СПОСОБ Р ЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ДОМ изменения температур да вдуваемого топлив щ и й с я тем, что, ния расхода топлива ГУЛИРОВАНИЯ ТЕПННОЙ ПЕЧИ путем дутья и расхо- отличаюс целью уменьшеа выплавку чу(21) 3734111/22-02(71) Институт металлургии Уральснаучного центра АН СССР(56) Авторское свидетельство СССВ 395376, кл. С 21 В 5/00, 1972.Авторское свидетельство СССРВ 988871, кл, С 21 В 7/24, 1981. гуна, одновременно с изменением температуры дутья изменяют расход вдуваемого топлива на величину, обеспечивающую общее изменение теоретичес 1 кой температуры горения от + 0,4 до 4 0,6 С. на 1 С увеличения или уменьо ошения температуры дутья соответственно.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки с коэффициентом пропорцио ьности (0,8-1,5)/(1+10 К ЧАш), где Ксз- коэффициент связи между изменениями температуры дутья и расхода вдуваемого топлива; ЧА - средний расход дутья, м/т чугуна; ш - дифференциальный коэффициент замены кокса вдуваемым топливом.Изобретение относится к чернойметаллургии и может быть использовано для управления тепловым состояниемдоменных печей,Целью изобретения является уменьшение расхода топлива на выплавкучугуна путем одновременного изменения температуры дутья и расхода вдуваемого топлива в направлении, противоположном изменению теплового сос- Ютаяния печи. При этом расход вдуваемого топлива изменяют на величину,обеспечивающую изменение теоретической температуры горения кокса и вдуваемого топлива в фурменной зоне от 150,4 С до ф 0,6 С на каждый градусизменения температуры дутья, производимого с целью регулирования теплавого состояния печи. Для обеспеченияточности регулирования с учетом усло вий плавки температуру дутья изменяют обратно пропорционально изменениям температуры продуктов плавки скоэфФициентом пропорциональности(0,8-1,5)/(1+10 Ксв ЧА т) где Кв -25коэффициент связи между изменениямирасхода вдуваемого топливаи температура дутья, обеспечивающий получение изменений теоретической температуры горения топлива в указанныхпределах; Ч - средний расход дутьяв м/т чугуна; ш - дифференциальныйкоэффициент замены кокса вдуваемымтопливом.Коэффициент связи К имеет размерность м /кг/ С мз дутья и опреде 35ляется по формуле (3), полученнойпутем совместного решения уравнений(1) и (2), по которым определяютсяизменения теоретической температурыгорения при изменении температурыдутья и расхода вдуваемого топлива0,33.еА1+ сй+Чц, СН/Чд) 0,3645снх,ьс(Я+Ссн 600+0,36 СуЧе ) Ср сн(2)-0,4 до +0,6 С (так как достаточно рассчитать К в только,например, для случая повышения рассматриваемых параметров);Ю - содержание кислорода в дутье,доли; СН - отношение расхода углеводоЧ, родной добавки к расходудутья, мз/м или кг/мрасход тепла на разложениеуглеводородной добавки доуглерода, водорода, окисиуглерода и азота в присутствии углерода.Например, для природного газа Я = 800 ккал/м ; безводного мазута и нефти 2100 кдж/кг или 500 ккал/кг, а с учетом воды 500 (1 в)+1400 с ккал на 1 кг водно-мазутной смеси, где у доля воды в смеси, кг/т;среднее (обычное) значениеттеоретической температурыогорения на доменной печи, С;Ч - выход 2-х атомных газов изСН1 мз/кг углеводородной добавки без учета содержащегосяв ней углерода;С- содержание в углеводороднойдобавке суммы свободного углерода и связанного в углеводороды, кг/м или кг/кг;С - теплоемкость углеводороднойодобавки, ккал/м .С, иликкал/кг С;- температура углеводороднойсн одобавки, С, при вдувании газов без подогрева можнопринимать равной нулю.Если в качестве углеводородной добавки используется природный газ с характеристиками: Я = 800; Чг 2,0; Сон= 0,535;н = 0,0, то дляСНнего при - = 0,06 предельные значения коэффициента связи К , обозначенные здесь как х и х равны0,33+0,144 (1 + 0,26 + 2 0,06)1 800 + 0,36 20002 + 600 0,5350,020610м/м С; ф ф ф 0 0012.10.2 мз/мзЕсли используется жидкое топливо,например мазут, с содержанием Н137, С857 в виде водномазутной.оэмульсии, нагретой до 80 С (Со = 80)и содержащей 207 воды (Ц =,0,2), тодля нее Я = 500 (1-0,2)+ 14000,2 =680 ккал/кг; С = О,б ккал/кгоС;18 Ф1,бб м/кг; С = 0,85(1-0,2)О, 33+0, 144( 1+О, 26+ 1,66 0,025)х1 680+0,36 2000 1,66+600 0,68-0,6 80- 0,0235 10кг/м С;0,33 - 0,2161,301521980,0022 10кг/м С.В случае использования более слож 10 ных углеводородных добавок для определения пределов применимо правило аддитивности. Нижний предел +0,4 изменения теоретической температуры горения обусловлен тем, что при его превьппении (по модулю) заметно ухуд 15 шается качество регулирования,Верхний предел й с (+0,6 С нат о о1. С соответственно повьппения 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 регули 25 рования температурой дутья.Значение изменения торетической температуры внутри указанного диапазона выбирается с учетом конкретных условий, в частности принятых критериев оценки теплового состояния печи. З 0 Если в качестве последних используется состав колошникового газа (регулирование с прогнозом), то целесообразнее выбирать дс близким к нижнетму пределу +0,4. Если с небольшим запаздыванием (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 +0,6С целью получения максимальной экономии топлива при регулировании теплового состояния печи по предла гаемому способу базовый расход вдуваемого топлива на ней необходимо устанавливать на уровне, соответствующем максимальной температуре дутья. Для практической реализации данного спо 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 парана увлажнение дутья Ьс .= (дс ),(1+10 К, Чш) С (4) ПАР = 0,01 Ч (дЕ) (1+1 ОК Ч ш), (5)где (да),- изменение температурыдутья в составе КТП;К, - коэффициент связи, например 0,01 10 м/м С;Чд - средний расход дутьяв м на 1 т чугуна, например 1150;1Ч - средний минутный расАход дутья, например2500 м/мин;ш - дифференциальный коэффициент замены коксаданной углеводороднойдобавкой, например0,7 кг/мз.Из формул (4) и (5) следует, что при указанных исходных данных изме нение температуры дутья в составеоКТП на 10 С эквивалентно изменениюо 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 0,2- 0,6 кг/кг необходимое изменение только температуры продуктов плавки от заданной составляет 215 ь 560(0 2 О 6) А 0,33, 1150 О 8+1(6) Если укаэанный коэффициент(0,8-1,5) взять больше верхнего предела1,5), то имеет место перерегулирование, а если меньше нижнего ( С 0,8), то в результате воздействия печь не выйдет на заданный тепловой уровень.Примеры осуществления предлагаемого изобретения.В качестве объекта для реализации изобретения выбрана доменная печь объемом 1033 и, выплавляющая чугуна 1500 т/сут или 540 тыс. т в год.Средний расход дутья на печи состанляет 1800 м /мин или 128 м /т чугуна, содержание кислорода в дутье 21%. РегуО лирование теплового состояния, данной печи осуществляют путем изменения температуры дутья в пределах преимущестовенно от 950 до 1100 С, поэтому среднее значение температуры дутья сос тавляет 1025 С. Теоретическая темпеаратура горения соответственно колебляется в пределах 1950-2050 Си составляет н среднем 2000 оС,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 соответственноо оповышения 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 д 30 45 Указанный отличительный признакпреобразуется в пределы изменениярасхода природного газа по формулам0)33+0)36 0)4(+Я+ Ю- )СНх ) У,Я+ )36 Ц;нсг+ ООСсн Ср с0,33+0,144(+0,21+ 20,042800+0)36) 2 2000 + 600)0)535 50 0,0210зо ) мЗОС )- 0 33-0 36 0 6(1 +ч+%Г -СН) С+0) 36 ЯСг+60 ОСо- С" о Характеристики природного газа:расход тепла на разложение Я =800 ккал/м; выход двухатомных газовиз 1 м без учета углерода Ч= 402 м/и содержание углерода С,== 0,02 10ио СОценка 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. Кц,= 0,01%/ С, или 0,0001 1728 = = О, 173 м /т С, или 0,0001 1800 60 =10,8 мэ /чоС.Тепловое состояние доменной печи регулируют следующим образом.Если печь разогрелась (похолодала), то температуру дутья уменьшают ( увелиочивают) 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 изменение 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 температурудутья изменяют не на 20-50,оа на 10-25 С, но одновременно изменяют (с тем же знаком) расход природного газа на (10-25)10,8 =108 т 2 О 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 раза1100-950 о и составит - = 68 С, Средняятемпература дутья повысится с 10251100+1100-68 одо 1066 С, т.е, на 41 С, что обеспечит экономию кокса 9,0 кг/т чугуна при перерасходе природного газа (1066-1025) 0,01 ф ю 101728 = 7,1 м и снижение себестоимости 1 т на 0,16 руб. Однако это справедливо лишь при условии, . 1 О что дифференциальный коэффициент замены кокса природным газом ш = 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.).1Для 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.о1100 С. В этом случае вместо эконо- Зо мии кокса и перерасхода природного газа будет получена экономия последнего, равная при ш = 0,7 (1100- 1066) 0,173 = 5,88 м/т чугуна. Себестоимость чугуна снизится на те же 5,88 0,028 = О, 16 руб , а при ш = 0,5 экономия природного газа будет больше ( 1100-1058,8) О, 173 = 7, 1 мг /т и себестоимость чугуна снизится на0,2 руб. Если в качестве заменителя коксаиспользуют другую углеводородную до-,"бавку, например. безводный мазут,в количестве 25 г/м дутья, подогреотый до 80 С и с теплотой разложенияЯ = 500 ккал/кг, то принципиальноничего не изменится,.Прежде всего посоставу мазута (например С = 853,Н = 132) необходимо рассчитать егоГ -5характеристики: Чс= - -0,13 = 1,46 м/кг; Сс 0,85; Сс с= 0,003 10кг/м С Коэффициент связи между расходом мазута и температурой дутья по сооб-, ражениям, укаэанным вьппе, целесообразно выбрать равным среднему, т.е. К сп = О, 017 10кг/м С или О, 0171 О г 1728 = 0,294 кг/т С.Изменение расхода мазута на 0,294 кг/т чугуна эквивалентно 0,294 ф.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.Соответственнодиапазон изменения температурй дутья умейьшится в 4,2 раза и составит-35,7%ИОО -90е Средняя температура дутья повысится1100+1100 35,7 о Экономия мазута составит (11001082)е 0,294 = 5,3 кг/т чугуна, апри 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).л 1 И 1 оИФ д1 ч Эа 3 О аО, 1 гОхй х .О аРь ЭСе Эсч ХС-11 Х3 Эеооо оо оф11 гЮ Д 1 Х 11 1 доцо охч 11 о о 01 ло м о СО о оСЧО СОщъ Щл аСЧ С 4 о о СЧ СЧ л л щ м) м О Ф о л л й о л о щ о СЧ о СО Ю мСОб бщ щълсС О СО т сС и щъ о СЧ М0 ио Щт Сь 4 х С 1. с(+лвС 4 лЮ1111аелО 0О Ооо оОЦес. .,хЦ ьво оХ оо ох агФД 11чЦ 4 и о о л а СЧ сСЧ СО О 4 о о Оь О ф СО а О ь 0 0 оь о Юф ь - м м в л СЧ СЧ СЧ щ ъ СЧл л О 0 лСЧ1 лч а:чЪЭЭ Фх хЕ а1 ф сч сч 1о о о оУ о СЧ СЧ о оь л о о м м 1 1 о о о ь о СЧ о сч счо о сч о Г о Р 4 о л о о Сь Х о о л е о о 4:)С 4о ол ло о сС Юм о о л в о о оло 1 1 1 1 1 1 м 1 Е о о ЕЭ Е Ео осЮ СЧи 1 чо ов ло о сч счо о О 0 С 4 - о о л в о о сч м1 о о СЧ 0ф о ю л в ю о сч сч 1 ( о ос 0 Сс 1 о о л л о о счо о СЧ Ю л о 1 л11 З1 1 Х1 1 1 л1 1 Х1 а1 ч.4 1 а 31 1 ф1 О Л Ю л вь СЧ С 4 СО О Сс 1 в в л М СЧ Оь 0С 4цо 1 Юл сь лС 4 1о о оЬСЧ 0 ОьОо о ол л лО Ю Ю СЧ .б ь 0 Л л в л л О Ю Ю Ю. .Мхс ф,х лао18Ц сЭ Ехх ЕСЦ СЧэ оЯ Фьх оЦо ихЛЬЕ сХ Х сч х х х О эх 3 Э 1 ч ХХ Сс о э С х ф. Ф Х Сч Е ф х щ х Э й ф аО С д Э 63 хйи12 1188208 режиме (диапазон регулирования), С;Э - мера эквивалентности.Из таблицы видно, что предпочтительные пределы М от +0,2 до +О 4 Сф при у +0 Ь экономия дСН уже незначительна, а при +0,7 предлагаемый способ вырождается;тпри Е = +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 ди СН будут связаны в один комплексный технологический параметр. Ведущим в нем целесообразно выбрать а зависимым СН. 5 7) ЬСН = Составитель И. Куруноедолуженко Техред Л.Микеш Редакт орректор М. Максимишин Подписноемитета СССРткрытийая наб., д. 4/5 Заказ 6703/24 Тираж 552 ВНИИПИ Государственного к ушс илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 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 толькоЮтемпературы дутья или только расхода пара (графы 4 и 5). рассчитаны по 1 О формулам (4) и (5). В графах Ь и 7 указаны необходимые для автоматических систем регулирования нормы одновременного воздействия температурой дутья и расходом углеводородной 15 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 (Я приняты равными 1,3 20 и 1,1. Экономия углеводородной добавки (графы 8 и 9) рассчитана по формуле, вытекающей из изложенной выше методики,де (Ь 1 д) - размах колебаний температуры дутья в исходном по делам изобретений113035, Москва, Ж, Р Таким образом, упрощена технология доменной плавки, так, как отпадает необходимость получать и использовать для увлаждения дутья пар.