Промышленный комплекс для приготовления и вдувания пылеугольного топлива в доменные печи

В.В. Брага, С.В. Гейнрих, В.У. Гаврищук, С.Л. Ярошевский, В.В. Кочура.

Труды международной научно-технической конференции посвященной 70 летию КГГМК «Криворожсталь» «ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА». – Кривой Рог, 24 27 мая, 2004 г. – Кривой Рог: КГГМК «Криворожсталь», 2004 – c. 524-531.

ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ВДУВАНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА В ДОМЕННЫЕ ПЕЧИ

В.В. Брага, С.В. Гейнрих, В.У. Гаврищук*, С.Л. Ярошевский**, В.В. Кочура** ЗАО "Донецксталь – МЗ", * АО НТП "Укрпромэнерго", ** ДонНТУ

     Первый в Европе промышленный комплекс по приготовлению и вдуванию пылеугольного топлива (ПУТ) в доменные печи был построен в 1980 году на Донецком металлургическом заводе (ДМЗ). После 20 летней эксплуатации он был реконструирован и введен в работу 22 августа 2002 года.

     Комплекс состоит из отделения пылеприготовления и распределительно дозировочного отделения (РДО).

     Отделение пылеприготовления предназначено для приема, сушки и размола угля, приготовления и хранения запаса угольной пыли заданного качества. Оно состоит из тракта подачи сырого угля и собственно системы пылеприготовления.

     Система пылеприготовления включает в себя два автономных блока помола и сушки угля производительностью 10 т/ч угольной пыли каждый. В состав каждого блока входит оборудование приема, сушки и размола угля, оборудование пылеулавливания, газоочистки и сбора угольной пыли в бункер, оборудование транспортировки угольной пыли к РДО.

     Отделение пылеприготовления предназначено для получения угольной пыли с тониной помола R80 < 15% (остаток менее 15% на сите с размером ячейки 80 мкм), влажностью до 1%, насыпной массой 500 кг/м3 .

     Исходным материалом являются угли класса «Т», «Г», «А» в соответствии с действующими ТУ с содержанием летучих веществ до 41% и влажностью до 17,5%. Размеры кусков сырого угля до 150 мм.

     В таблице 1 представлены показатели качества угля марки «Т» для приготовления ПУТ, выполненные центральной контрольной лабораторией (ЦКЛ) ОАО «ДМЗ».

     Таблица 1 – Качество угля марки «Т» для приготовления ПУТ в 2003

     Из табл.1 видно, что в течение года технический анализ угля значительно изменялся: содержание серы в угле изменялось от 1,59 % в декабре до 2,27 % в апреле, содержание золы в угле изменялось от 8 % в мае до 12,11 % в июле.

     Поступающий на завод сырой уголь с открытого склада грейферным краном загружается в приемные бункера сырого угля, из которых через шиберный затвор поступает по системе конвейеров в бункеры запаса сырого угля, расположенные в здании отделения пылеприготовления.

     Из бункера запаса сырого угля через шиберный затвор по тракту сырого угля уголь поступает в питатель сырого угля, регулирующий подачу угля в шаровую мельницу. Из питателя уголь поступает в устройство для нисходящей сушки. К этому устройству подводятся дымовые газы из топки, запыленный воздух от мельничного вентилятора по линии рециркуляции и возврат крупной фракции пыли от сепаратора. В устройстве для нисходящей сушки во время совместного продвижения сверху вниз сырого угля и сушильного агента происходит частичное удаление влаги из угля. Газовоздушная смесь получается путем сжигания природного газа в топке с добавлением азота в топку и с температурой 600-8000С по трубопроводу поступает в устройство для нисходящей сушки.

     Из устройства для нисходящей сушки смесь угля и сушильного агента поступает в шаровую барабанную мельницу, в которой происходит размол угля и окончательное удаление влаги из него. Из мельницы аэросмесь по пылепроводу поступает в сепаратор, где крупные частицы пыли сепарируются и через мигалки по тракту возврата поступают в устройство нисходящей сушки, а затем в мельницу на домол.

     В таблице 2 представлены показатели фракционного состава и технического анализа ПУТ, приготовленного из угля марки «Т».

     Таблица 2 – Фракционный и технический анализ ПУТ в 2003г.

     Как видно из табл. 2, приготовленная угольная пыль имеет достаточно стабильный и тонкий помол, что требуется для условий полного ее сгорания в окислительной зоне доменной печи.

     Пылегазовая смесь, содержащая угольную пыль заданной тонины помола, из сепаратора по пылепроводу поступает в пылевой циклон. В пылевом циклоне угольная пыль отделяется от пылегазовой смеси и по пылепроводу через мигалки ссыпается в бункер пыли.

     Из пылевого циклона малозапыленная пылегазовая смесь по трубопроводу поступает в мельничный вентилятор, который обеспечивает её циркуляцию в системе пылеприготовления.

     От мельничного вентилятора часть пылегазовой смеси по линии рециркуляции подаётся в устройство для нисходящей сушки, а другая часть, состоящая из паров влаги, угольной пыли, присосов воздуха в систему, дымовых газов, азота подаётся на двухступенчатую газоочистку. Система очистки сушильного агента от пыли состоит из первой ступени очистки – аэродинамического фильтра, изготовленного из 4-х аэродинамических модулей и второй ступени – рукавного фильтра.

     После очистки пылегазовоздушная смесь (избыток сушильного агента) дымососом, через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. Отделенная в рукавном и аэродинамическом фильтрах угольная пыль по трубопроводам с мигалками ссыпается в бункер пыли.

     Накопленная в бункере запаса угольная пыль откачивается в бункер распределительно-дозировочного отделения пневмокамерным насосом. В качестве транспортирующего агента используется очищенный и осушенный воздух в смеси с азотом (содержанием кислорода в смеси не более 16%).

     Угольная пыль из отделения пылеприготовления на РДО может транспортироваться по трем пылепроводам от каждого пневмокамерного насоса на первый или второй блок РДО.

     Управление комплексом осуществляется с центрального диспетчерского пункта через систему АСУ ТП, включающую набор технических средств: контроллеры Modicon TSX Quantum фирмы Schneider Electric; автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, инженера; датчики давления, температуры, концентрации кислорода, уровня, наличия природного газа; наличия факела; электроприводы механизмов: ленточного питателя, шиберного затвора, шаровой барабанной мельницы, топочного вентилятора, мельничного вентилятора, дымососа, регулируемых клапанов.

     Контроллеры осуществляют прием и обработку информации, поступающей от датчиков, измеряющих физические параметры процесса, и от устройств управления электроприводами, а также управляют исполнительными механизмами.

     Основной технологический экран обеспечивает отображение в реальном времени состояния механизмов, величин технологических параметров и режимов работы (рис. 1).

     Панель 1 (см. рис.1) размещена в верхней части основного технологического экрана. На ней находятся кнопки, которыми оператор может перевести систему в режим нормального останова, кнопки индикации работы системы в ручном и автоматическом режимах, кнопки вывода информации на печать, табло, отображающее текущее время (число, месяц, год, часы).

     Панель 2 служит для индикации состояния и выбора диагностических экранов.

     Панель 3 – индикаторы утечки азота и природного газа в помещениях. Активизируя выбранный индикатор, можно определить в каком помещении произошла утечка азота или природного газа.

     Панель 4 – информация о параметрах запуска и работы блока.

     Панель 5 – основные технологические параметры.

     Панель 6 – выход из системы.

     АСУ ТП может работать в ручном и автоматическом режиме (автоматический режим является основным режимом работы).

     Распределительно – дозировочное отделение предназначено для приема, хранения и дозированной подачи ПУТ в горн доменной печи. РДО состоит из двух автономных блоков. Каждый блок осуществляет подачу ПУТ на 8 фурм доменной печи (1-й блок на нечетные фурмы, 2-й – на четные).

     В состав каждого блока РДО входят: бункер запаса пыли; разгрузочный циклон; рукавный фильтр; вытяжной вентилятор; отсекающий клапан; верхний загрузочный клапан; промежуточный резервуар; 2 клапана (один рабочий, второй резервный) сброса давления из промежуточного резервуара; нижний загрузочный клапан; питающий резервуар; 2 клапана (один рабочий, второй резервный) сброса давления из питающего резервуара; аэрационные питатели; пылепроводы с запорной арматурой; коллекторы и трубопроводы аэрационной и транспортирующей смеси, продувки пылепроводов, аварийной подачи азота; узлы ввода пылеугольного топлива в фурму.

     Функциональные схемы питающих блоков отображаются на технологических экранах мониторов рабочих мест операторов (рис. 2).

     На технологических экранах отображается следующая информация: показания датчиков температуры в °С; показания датчиков давления в кПа; показания датчиков расхода смеси воздуха с азотом в м3/ч; показания датчиков расхода ПУТ в кг/ч; показания датчиков положения регулирующих заслонок в % от полностью открытого состояния; показания веса ПУТ в промежуточном резервуаре в кг; показатели работы питающих блоков РДО за час, смену, сутки, месяц, год; текущее время и дата; состояния клапанов и крайних положений регулирующих заслонок; заполнение бункера запаса ПУТ, резервуаров и трубопроводов соответствующими материалами; состояния готовности к работе отдельных узлов, а также работы питающего блока.

     Рисунок 1 - Основной технологический экран системы пылеприготовления

  Рисунок 2 - Основной технологический экран РДО

     Управление механизмами питающего блока (клапаны, регулирующие заслонки, вентилятор) осуществляется в ручном и автоматическом режимах работы. Выбор режима работы выполняется с помощью кнопок с фиксацией, расположенных на технологическом экране возле каждого механизма. В ручном режиме управление осуществляется с помощью кнопок, совмещенных с сигнальными лампами состояния механизмов.

     Подача ПУТ к 16 фурмам доменной печи осуществляется по 16-ти пылепроводам, подсоединенным попарно к восьми питателям обоих блоков. Расход пыли по каждому пылепроводу регулируется изменением расхода транспортирующей аэровоздушной смеси, подаваемой в пылепроводы через питатели с помощью расходомера ПУТ немецкой фирмы “F.BLOCK”. Одновременное изменение производительности всех питателей осуществляется изменением перепада давления между коллектором горячего дутья и питающим резервуаром с последующей коррекцией расхода транспортирующей смеси по питателям.

     Заданный расход ПУТ в пылепроводе может устанавливаться как оператором РДО, так и мастером доменной печи. В случае неисправности датчика расхода ПУТ регулятор расхода ПУТ отключается нажатием кнопки «Откл», расположенной в этой же секции экрана. При этом расход ПУТ в пылепроводе регулируется оператором РДО изменением расхода транспортирующей смеси, а общий расход ПУТ в целом на печь регулируется изменением давления в питающем резервуаре.

     При запрете подачи ПУТ к фурмам по команде мастера доменной печи закрывается клапан на выходе пылепровода, клапан подачи транспортирующей смеси к питателю, клапан на выходе питателя, а также отключается регулятор «запрещенной» линии.

     Снижение расхода ПУТ при забивании пылепровода контролируется датчиками расхода или датчиками температуры стенки пылепровода и индицируется сигнальными лампами, расположенными в каждой линии. Продувка пылепроводов может осуществляться в автоматическом и ручном режимах, выбираемых с помощью кнопки «А/Р» расположенной в нижней правой части технологического экрана.

     Если расход ПУТ в забившемся пылепроводе после автоматической продувки не восстановился, оператору выдается звуковой сигнал. По истечении 90 секунд после выдачи звукового сигнала, если расход ПУТ не восстановился, мастеру доменной печи выдается сигнал о незапланированном прекращении подачи ПУТ в фурму.

     Нормальный останов питающего блока (прекращение подачи ПУТ к фурмам доменной печи) может быть кратковременным (менее 5 часов) и длительным (более 5 часов). Команда на останов выдается оператором с помощью кнопок, расположенных в верхней части технологического экрана.

     Аварийный останов питающего блока происходит при аварийно низком уровне ПУТ в питающем резервуаре, который контролируется датчиком, либо аварийно низком давлении в коллекторе транспортирующей смеси или в коллекторе аэрационной смеси.

     На рисунке 3 приведено распределение ПУТ по фурмам ДП-2 (V=1033 м3) при вдувании угольной пыли с расходом 100 кг/т чугуна. Наблюдения за подачей угля проводились по данным АСУ ТП. Отбор данных о неравномерности распределения ПУТ осуществлялся путем регистрации мгновенных расходов ПУТ по фурмам через каждый час в течение суток.

     Во время эксперимента подача ПУТ осуществлялась по всем 16 фурмам доменной печи. Расход угольной пыли на печь изменялся от 8,9 до 9,8 т/час. Средний часовой расход за период хронометража составил 9,3 т/ч. При среднем расходе ПУТ 583 кг/ч на фурму за 24 часа замеров, среднеквадратичное отклонение по фурмам составляло 40 кг/ч или ? 5,3 %.

     Таким образом, на сегодняшний день комплекс пылеприготовления ДМЗ позволяет производить помол угля требуемой технологическими условиями доменной плавки тонины и обеспечивать вдувание ПУТ в воздушные фурмы доменной печи с неравномерностью распределения по фурмам ? 5%, что вполне отвечает требованиям технологии при расходе ПУТ 100 кг/т чугуна и соответствует лучшим мировым аналогам.