Оценка эффективности применения пылеугольного топлива в доменных печах с использованием ЕС ЭВМ

А. И. Стрелец, С. Л. Ярошевский, Л. Я. Воронова, В. И. Стрелец и Г. В. Гончарова

ДонНИИчермет

 

В качестве исходных данных для расчета сравнительной эффективности различных вариантов внедрения технологии приняты фактические показатели работы доменных печей Минчермета УССР за 1983 г. Коэффициенты, характеризующие из­менение основных показателей доменной плавки при замене части кокса пылеугольным топливом, определяли расчетным путем, а также на основе анализа отечественного и зарубежного опыта промышленного применения пылеугольного топлива из различных марок угля.

Основным параметром при оценке эффектив­ности применения пылеугольного топлива для сокращения расхода кокса является коэффициент его замены. На практике этот коэффициент колеблется от 0,7 до 1,4 в зависимости от многих факторов, главным из которых является качество применяемого топлива — содержание в нем золы и серы, теплота сгорания.

Для определения коэффициентов замены кокса топливом конкретной марки угля с заданным содержанием золы использовали разработанную в ДонНИИчермете математическую модель доменного процесса, представляющую систему уравне­ний, описывающих балансовые условия плавки и основные тепло- и массообменные явления в доменной печи. Для решения системы уравнений разработана   и   освоена   программа   для   ЭВМ ЕС-1033 [1, 2].

 

Рассматривали 20 вариантов доменных плавок с применением пылеугольного топлива различного качества. Содержание золы в тощих, газовых углях и антрацитах и концентратах из них изменялось от 30,0 до 4,5 %. На основе результатов расчетов определяли коэффициент замены кокса углем. Строили кривые зависимости коэффициен­та замены кокса антрацитом, тощими и газовыми углями от содержания золы и сравнивали их с аналогичными кривыми, полученными по ре­зультатам выплавки чугуна с применением пылеугольного топлива. Сравнение показало, что для газовых углей расчетные и экспериментальные кривые практически полностью совпадают, для тощих углей расчетные данные на 10—12 %, а для антрацитов на 12—15 % выше экспериментальных. Эти отклонения, объясняемые неполным сгоранием топлива, принимались в качестве поправочных множителей для корректировки коэффициентов замены кокса при различной зольности угля.

Откорректированные таким образом коэффи­циенты замены использовались при экономической оценке технологии вдувания пылеугольного топ­лива в горн доменных печей на всех металлургических предприятиях.

Заготовительная стоимость одной тонны пыле­угольного топлива определялась с учетом качества угля и потерь при переработке, затрат на перевоз­ку угля от обогатительных фабрик к металлургическим предприятиям, внутризаводские перевозки и разгрузку, а также расходов на измельчение, транспортирование и вдувание пылеугольного топлива. Последние принимались по данным многолетней эксплуатации промышленной установки на Донецком металлургическом заводе.

Показатели эффективности  вдувания  в горн доменных печей  пылеугольного топлива марки  Т при расходе 80 кг/т чугуна

 

 

Показатели	Содержание золы, %
	6	8	10	12	14	16	18	20
Оптовая цена на уголь, руб/т	31,95	30,63	29,31	28,00	26,68	24,36	24,04	22,73
Стоимость приготовления пылеугольного топли-
ва, руб/т	13,05	13,05	13,05	13,05	13,05	13,05	13,05	13,05
Заготовительная стоимость пылеугольного топ-
лива, руб/т	51,09	49,57	48,06	46,54	45,03	43,51	42,00	40,48
Снижение расхода кокса, %	15,0	14,5	13,9	13,4	12,9	12,4	11,9	11,3
Изменение выплавки чугуна, тыс, т	76	38	0	—50,6	— 101,3	— 165	— 190,4	—215,7
Производство чугуна после внедрения мероприя-
тий, тыс. т	4442	4404	4366	4315	4265	4201	4175	4150
Экономия приведенных затрат на 1 т чугуна, руб.	0,98	0,87	0,67	0,51	0,32	0,09	0	—0,14
Экономия  приведенных затрат на  весь объем
внедрения, тыс. руб.	4367,5	3851,9	2915,5	2194,8	1384,3	368,6	—8,5	—600,4
Снижение материальных затрат на  1 т чугуна,
руб.	1,39	1,36	1,22	1,17	1,09	0,98	0,95	0,86

Согласно проведенным УкрНИИуглеобогащения исследованиям в качестве ресурсов пылеуголь­ного топлива, удовлетворяющих требованиям технологии доменной плавки, можно рассматривать менее дефицитные неспекающиеся и слабоспекающиеся обогащенные угли марок Г и Т. Эти ресурсы обеспечиваются запасами углей и существующими мощностями для их добычи.

Моделирование организации проведения на ЕС ЭВМ многовариантных расчетов эффектив­ности использования пылеугольного топлива при выплавке чугуна потребовало создания информационной базы, разработки алгоритмов и программ получения аналитических таблиц. Расчеты выполняли для вариантов с возможным содержанием золы в углях от 6 до 20 % с шагом 2 % при расходе пылеугольного топлива от 20 до 100 кг/т с шагом 10 кг/т чугуна. Коэффициенты замены кокса пылеугольным топливом, изменения расхода природного газа, производительности доменных печей формируются в виде матриц, компоненты которых изменяются в зависимости от марки и ка­чества угля.

При формировании массивов многовариантных расчетов эффективности использования топлива на каждом предприятии в разрезе одной марки угля Т, Г или А определяющими являются вектор расхода пылеугольного топлива на 1 т чугуна и вектор качества с компонентами процента зольности угля. По каждому предприятию при использовании пылеугольного топлива определенной марки с учетом его расхода, качества и коэффициентов замены кокса на ЕС ЭВМ выполняется 72 варианта расчетов с получением 9 аналитических таблиц, в каждой из которых выпечатывается 8 вариантов расчетов. В каждой таблице рассчитывается по разработанному алгоритму комплекс показателей, характеризующих эффективность использования пылеугольного топлива. Пример расчета при расходе тощих углей 80 кг/т чугуна представлен в таблице.

Программа   разработана   таким   образом,   что дает возможность выполнять расчеты как для одного предприятия по 3 маркам угля (216 ва­риантов) автономно, так и одним заданием рас­считывать и выпечатывать аналитические табли­цы для всех предприятий Минчермета УССР (бо­лее 2000 вариантов).

Для выбора наиболее эффективных вариантов использования пылеугольного топлива на каж­дом предприятии по конкретной марке угля фор­мируются сводные массивы информации. В качест­ве критерия эффективности принято максималь­ное снижение приведенных затрат на 1 т чугуна. Укрупненная блок-схема организации выбора наи­более эффективных вариантов вдувания пыле­угольного топлива в горн доменных печей приведе­на на рисунке.

Комплексная оценка эффективности вдувания пылеугольного топлива позволила установить, что наибольший эффект может быть получен при ис­пользовании антрацитов, вдувание которых в 1,7 раза эффективнее тощих и 2,5 раза — газовых углей. Применение тощих углей при одном и том же содержании золы в углях в 1,5 раза эффективнее газовых. Однако антрациты являются дефицитным топливом, поэтому к широкому промышленному внедрению рекомендуются варианты применения менее ценных, но пригодных для вдувания тощих и газовых углей.

Существенное влияние на эффективность тех­нологии вдувания пылеугольного топлива ока­зывает качество используемых углей по содержанию в них золы. Так, при повышении содержа­ния золы в тощих углях с 8 до 14 % эффективность снижается на 10 % в расчете на каждый процент повышения содержания золы. Вдувание пылеугольного топлива в количестве 80 кг/т чугуна, приготовленного из тощих и газовых углей с содержанием золы 8 %, приведет к снижению себестоимости 1 т чугуна соответственно на 1,4 и 1,0 руб., уменьшению расхода кокса на 72 и 63 кг.

Вдувание тощих и газовых углей в количестве до 35 кг/т чугуна неэффективно. Ввиду того что эффективность технологии выплавки чугуна с использованием пылеугольного топлива во многом определяется его стоимостью, на каждом металлургическом предприятии необходимо обеспечить максимальное использование мощностей устано­вок по приготовлению пылеугольного топлива. Целесообразно изучить вопрос о возможности цент­рализованного приготовления пылеугольного топлива на одном предприятии и изыскать наиболее дешевые способы доставки его потребителям.

Наиболее эффективным вариантом в сущест­вующих технологических условиях является ис­пользование концентратов тощих углей углеобогатительных фабрик с содержанием в них зо­лы 7—8 % при удельном расходе пылеугольного топлива 80—100 кг/т чугуна. Дальнейшее увели­чение расхода пылеугольного топлива технически возможно и экономически целесообразно. Оно может быть осуществлено при условии внедрения ме­роприятий по улучшению качества железорудной шихты и кокса, снижению зольности и серни-стости пылеугольного топлива соответственно ни­же 8 и 1,5 %, повышению температуры дутья и снижению влажности.