Вдувание природного газа в горн печи

Вдувание природного газа существенно меняет характеристики от­дельных явлений доменной плавки и прежде всего тепловые и газоди­намические условия работы печи.

При горении углерода метана и других углеводородов на 1 кг С, сгорающего до оксида углерода, выделяется зна­чительно меньше тепла, чем при горении углерода кокса. Это объясняет­ся существенной затратой тепла на разложение углеводородов.

Учитывают также, что природный газ подается в доменную печь холодным, так как при нагреве природного газа свыше 500—600 °С протекает реакция его пиролиза с разложением на водород и сажи­стый углерод. Последний осаждается в газопроводах, затрудняя дви­жение газа. Таким образом, при замене углерода кокса углеродом при­родного газа приток тепла в доменную печь снижается. Это является первым следствием использования комбинированного дутья.

где — доля кислорода в сухом дутье.

При использовании атмосферного воздуха ( = 0,21) коэффици­ент при азоте N2 =1,88. Тогда при горении единицы углерода природного газа в горне образуется 4,88 моля газа, а при го­рении углерода кокса — 2,88. Таким образом, вторым следствием вду­вания природного газа является то, что в горне образуется больше газа по сравнению с обычной технологией.

Снижение прихода тепла в горне печи и рост количества газа в гор­не вызывают снижение температуры в горне (на 3—4 °С/м³ природно­го газа). Это — третье следствие вдувания природного газа.

Увеличение количества газов, приходящихся на единицу сгорающего на фурмах углерода, должно вызывать снижение интенсивности плавки по коксу.

Кроме того, снижение расхода кокса вызывает уменьшение порозности шихты, а следовательно, и повышение сопротивления ее проходу газа.

При вдувании природного газа в горновом газе значительно увели­чивается содержание водорода, что снижает вязкость и плотность га­за. Это позволяет несколько повысить скорость газа в печи, не увели­чивая перепада давления газа в печи.

Каждый 1% водорода газа вызывает рост интенсивности плавки на 0,5%. Поэтому расчеты по формуле (4.329) дают завышенные по срав­нению с полученными на практике значения снижения интенсивно­сти плавки (рис. 4.107). Некоторое снижение интенсивности плавки компенсируется ростом рудной нагрузки на кокс, в результате чего производительность печи при плавке на природном газе не только не ] уменьшалась, но, напротив, даже несколько увеличивалась. Это — чет­вертое следствие использования природного газа в печи.

Практические данные показали, что степень использования моно­оксида углерода при вдувании природного газа по сравнению с обыч­ной технологией меняется мало. В связи с этим можно предположить, что изменение степени непрямого восстановления происходит в результате восстановительной работы водорода.

Итак, пятым следствием использования природного газа является снижение степени прямого восстановления. Эффективность использо­вания природного газа связана с величинами степеней использования химической энергии монооксида углерода и водорода. Зависимость степеней использования монооксида углерода и водорода от количе­ства вдуваемого природного газа на различных доменных печах про­является по-разному. Несмотря на то что с ростом количества газа-восстановителя степень его использования должна испытывать тен­денцию к снижению, в ряде случаев наблюдали обратную картину, что объясняют совершенствованием газораспределения в печи и другими технологическими обстоятельствами.

Заметное влияние использование углеводородов оказывает на теп­лообмен в доменной печи. Прежде всего снижается отношение что вызывает повышение температуры колошникового газа. Это — шестое следствие вдувания углеводородов в доменные печи.

Вдувание природного газа вызывает уменьшение суммарного коэффициента теплоотдачи в нижней части печи (из-за снижения температуры фурменных очагов) и его увеличение в верхней. Таким образом, вдувание природного газа приводит к выравниванию интен­сивности процессов теплопередачи по высоте печи. В нижней, наиболее напряженной с точки зрения теплообмена зоне она снижается, в верх­ней возрастает. Это седьмое следствие вдувания природного газа в горн печи. Снижение прихода тепла в горн и уменьшение температур в горне должно увеличивать размеры окислительной зоны, что благоприятно скажется на сходе материалов. Это — восьмое следствие вдувания природного газа.

Вдувание природного газа в горн имеет следствием некоторое уменьшение химического нагрева чугуна из-за снижения в нем содержа­ния трудновосстановимых элементов, в первую очередь кремния. Однако фи­зический нагрев чугуна при этом меняется мало. Это — девятое следствие вдувания природного газа. Оценка воздействия вдувания природного газа в горн приводит к выводам:

1. Достигается экономия кокса

2. Снижение интенсивности плавки должно привести к умень­шению производительности печи, однако этого не происходит из-за роста рудной нагрузки на кокс. В результате имеют даже некоторое (небольшое) увеличение произво­дительности.

3. Количество вдуваемого в печь природного газа ограничивается двумя факторами: нарушением га­зодинамических условий в печи и снижением температуры горна.

Вдувание мазута в горн печи

Мазут оказывает аналогичное природному газу воздействие на доменную плавку. Отличие заключается в том, что ма­зут при горении у фурм вносит в печь больше тепла (из-за меньшей теплоты разложения и большего количества углерода), образует в гор­не несколько меньше горновых газов и вносит в печь меньше водоро­да. Теплота сгорания мазута у фурм составляет 6100—6400 кДж/кг, т. е. несколько меньше, чем для кокса, и значительно больше, чем для природного газа. Вдувание мазута в горн вызывает некоторое (но меньшее по сравнению с природным газом) снижение температуры в горне печи. Опыт промышленного производства показал, что 1 кг мазута экономит 0,9-1,3 кг кокса. При пересчете с кокса на углерод кокса коэффициент замены 1 кг углерода кокса на 1 кг углерода мазу­та k _т составит следующую величину: до­пускают, что коэффициент замены ра­вен 1,2 кг/кг; в 1,2 кг кокса (при содер-

жании углерода в коксе 85%) содержится 1,2-0,85 = 1,02 кг углерода; в 1 кг мазута, содержащем 84% углерода, находится 1,0*0,84 = 0,84 кг уг­лерода. Тогда коэффициент замены составит 1,02/0,84 = 1,21 кг угле­рода кокса/кг углерода мазута, что существенно ниже, чем в случае за­мены кокса природным газом. С увеличением количества вдуваемого мазута экономия кокса и коэффициент замены кокса мазутом снижа­ются. На рис. 4.112 приведена зависимость коэффициента замены ко­кса мазутом от количества вводимого в горн мазута (по данным фир­мы «Феникс Рейнрор», ФРГ).

Основной эффект воздействия мазута связан с прямой заменой уг­лерода кокса углеродом мазута. Поскольку в печь вносится водорода значительно меньше, чем с природным и коксовым газами, влияние улучшения восстановительных условий, в частности снижение степе­ни прямого восстановления, проявляется в меньшей степени.

По сравнению с природным газом и коксом мазут вносит в печь больше серы. Однако промышленный опыт показал, что на содержа­ние серы в чугуне это не влияет.

Определенной проблемой являются транспортировка мазута в пе­чи и его равномерная подача в зону горения. Высокая вязкость холод­ного мазута вызывает необходимость некоторого его подогрева.

Ограничения количества вдуваемого в печь мазута те же, что и в случае использования природного газа, а именно, ухудшение газоди­намики плавки и снижение температуры в горне печи. Вдуванию большого количества мазута в горн препятствует также то обстоятель­ство, что в фурменной зоне горит только часть мазута; выделяющий­ся сажистый углерод нарушает ход плавки.

Вдувание угля в горн печи

Большим преимуществом пылевидного угля по сравнению с другими видами топлива является его низкая стоимость. При вдувании измельченного твердого топлива затраты и тепла на процессы термического его разложения небольшие, что обеспечивает сравнительно высокий (особенно по отношению к при родному и коксовому газам) приход тепла в горн доменной печи.

Основным следствием воздействия измельченного угля на процесс является непосредственная замена углерода кокса углеродом угля Поэтому коэффициент замены кокса углем во многом зависит от свойств угля, в частности от содержания в нем углерода, золы, серы и влаги. Чем выше содержание углерода в угле, тем большее значение имеет прямая замена им углерода кокса, тем выше приход тепла и горн лечи и выше коэффициент замены кокса углем. В отличие от газообразных и жидких восстановителей уголь практически не содержит водорода (кроме содержащегося в летучих и водяном паре), поэтому вдувание угля в горн оказывает слабое влияние на ход восстановительных процессов. Зола угля несколько увеличивает выход шлака в печи, что снижает экономию кокса при вводе угля в печь. Сера, вносимая углем, может частично переходить в чугун, что требует ограничения используемых углей по их сернистости. При вдувании угля газодингамические условия плавки практически не меняются. В связи с этим лимитирующим фактором количества используемого твердого топлива является нагрев горна. Уменьшение прихода тепла в горн из-за меньшей по сравнению с коксом теплоты сгорания угля и наличия водяных паров, претерпевающих в горне диссоциацию, приводит к снижению температуры горна. Поэтому в доменной плавке следует использовать высушенные угли.

На основе результатов многочислен­ных исследований на горячих стендах и на доменных печах в настоя­щее время хорошо известны условия, которые обеспечивают замену до 40—45% кокса вдуваемым пылеугольным топливом. К ним отно­сятся:

1. Высокое качество кокса, применяемого в доменной плавке.

2. Высокое качество угля, используемого для вдувания в доменную печь.

3. Применение специальной техники вдувания, обеспечивающей полноту сжигания угля в фурменной зоне.

4. Обогащение дутья кислородом и вдувание кислорода совместно с углем.

При вдувании большого количества угля уменьшается объемная доля кокса в шихте, что повышает требования к обеспечению газо­проницаемости столба шихты в шахте и коксового тотермана в горне. Главным условием выполнения этих требований является примене­ние высококачественного кокса, обладающего высокой холодной и горячей прочностью.

Требования к качеству углей для вдувания в доменную печь сво­дятся к следующему:

• низкая зольность (не более 10—12%);

• высокое содержание летучих (30-40%);

• низкое содержание серы (не более 1%);

• высокая температура плавления золы (более 1400 °С);

• тонкое измельчение (80% крупностью 200 мм);

• хорошая измельчаемость.

Особое значение имеет зольность вдуваемого угля, которая опре­деляет коэффициент замены кокса углем, влияет на содержание кремния в чугуне и на выход шлака. Кроме того, абразивные свойст­ва угля, влияющие на стойкость трубопроводов системы его вдувания, также определяются зольностью угля.

В связи со снижением газопроницаемости столба шихты при вду­вании значительных количеств ПУТ и для поддержания производи­тельности печей на необходимом уровне расход дутья сокращают, обогащая его кислородом. Особенностью технологии плавки при вду­вании ПУТ является создание в осевой части печи коксовой отдуши­ны из крупного кокса. На печах с конусными аппаратами для этого применяют специальные приемы загрузки. Для вдувания используют угли как с высоким, так и с низким содержанием летучих веществ. В связи с тем, что уголь не успевает сгорать в фурменной зоне, считают что для вдувания лучше использовать угли, несгоревшие частички которых имеют повышенную реакционную способность.