Olena Zhyriakova

Міжнародна наукова конференція аспірантів і студентів «Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів» - збірка доповідей – Донецьк 2007

Совершенствование режима нагрева дутья с целью снижения выбросов монооксида углерода
Е.А.Жирякова, Д.Д.Лодов, А.С.Бондарь
Донецкий национальный технический университет

Нагрев дутья имеет важное технологическое и технико-экономическое значение. Нагретое дутье позволяет интенсифицировать процесс плавки, сократить удельный расход кокса и повысить производительность доменной печи. Расход кокса снижается потому, что тепло дутья заменяет тепло, выделяемое при горении углерода на фурмах. Экономия горючего вследствие нагрева дутья не пропорциональна повышению его температуры, но практикой доказано, что при дополнительном нагреве дутья на каждые 10°С при концентрации кислорода в дутье до 25% расход кокса снижается на 0,28% при увеличении производительности печи на 0,28% (при температуре дутья в диапазоне 1100 - 1200°С) и соответственно на 0,25% - при температуре дутья в интервале 1200 - 1300°С. Роль нагрева дутья особенно возросла с использованием углеводородов, приводящих к снижению температуры горна печи. Поэтому повышению температуры дутья и созданию благоприятных условий для его использования в доменной печи уделяется большое значение. В настоящее время успешно освоена работа доменных печей с температурой дутья 1100 - 1250°С, в ближайшем будущем предполагается довести нагрев воздуха до 1350 - 1400°С.
Нагрев дутья в воздухонагревателях осуществляется с использованием доменного газа при нагреве дутья до 1100 - 1200°С или смеси доменного с природным или коксовым газом при нагреве дутья до более высоких температур.
Задачами управления тепловым режимом воздухонагревателей являются полное и экономичное сжигание топлива, нагрев насадки до заданной температуры с ограничением предельной температуры купола и температуры отходящих дымовых газов для предотвращения размягчения огнеупоров, автоматическое переключение их с режима нагрева на режим дутья и наоборот. Регулирование теплового режима воздухонагревателей сводится к нагреву насадки за минимальное время до максимальной температуры с учетом ограничивающих факторов. Заданная температура факела может обеспечиваться регулированием соотношения «газ-воздух» путем изменения количества воздуха при постоянном количестве газа или изменением количества газа при постоянном количестве воздуха.
Так, например, на всех доменных печах металлургического комбината «Азовсталь», кроме ДП-4, нагрев воздухонагревателей производится индивидуальными горелками с постоянным расходом воздуха (без регулирования соотношения «газ-воздух») для горения по заданным контролируемым температуре купола воздухонагревателя и температуре отходящих газов.
В качестве топлива используется доменный газ (с калорийностью примерно 800 ккал/м.куб) следующего состава: Н2 - 10%, СО - 23-25%, СО2 - 17% и N2 - 48-50%. Соотношение доменного газа и воздуха - 50%/50%.
На доменных печах применяется способ, обеспечивающий форсированный нагрев насадки, экономичное сжигание топлива и эффективное ограничение предельной температуры увеличением избытка воздуха по сравнению с его оптимальным количеством. Нагрев воздухонагревателей предусматривает три периода. Первый период - начало и максимальный нагрев с использованием полной мощности вентилятора при определенном соотношении «газ-воздух». Второй период определяется нагревом купола до фиксированной допустимой температуры. Соотношение «газ-воздух» меняется в сторону уменьшения количества газа. При понижении температуры купола ниже определенного предела возвращается режим первого периода. Смена режимов первого и второго периода повторяется до тех пор, пока насадка по всей высоте не прогреется, после чего начинает повышаться температура в поднасадочном пространстве. Если достигнута определенная допустимая температура (250 - 400°С), одновременно снижается количество воздуха и газа. Снижение температуры в поднасадочном пространстве ниже допустимой снова автоматически возвращает режим второго периода.
Исследования, проведенные в условиях завода «Азовсталь», показали, что при существующей системе нагрева воздухонагревателей в отходящих газах содержится от 1,5 до 5% (в среднем около 2%) монооксида углерода. Это свидетельствует о подаче на нагрев избыточного количества доменного газа, не успевающего сгореть внутри воздухонагревателя. В связи с этим, с отходящими газами от воздухонагревателей доменной печи выбрасывается в атмосферу вредных веществ (монооксида углерода) около 4 - 5 тыс.тонн в год от каждого агрегата. При этом, с ростом температуры нагрева дутья и в связи со значительным увеличением расхода доменного газа, его среднегодовой перерасход достигает порядка 10 млн.м.куб, а также выброс в атмосферу монооксида углерода тоже возрастает.
Система управления процессом сжигания доменного газа в воздухонагревателях, разработанная коллективным научно-производственным предприятием «Донбассэкология» с целью снижения выбросов в атмосферу монооксида углерода, предусматривает непрерывный контроль и регулирование состава отходящих газов с поддержанием содержания монооксида углерода на уровне 0,25 - 0,4% (система газового анализа с использованием газоанализаторов типа ГИАМ-14), а также содержания кислорода в пределах 1-3% (газоанализатор типа АГ- 0011) путем изменения расхода доменного газа и дутьевого воздуха. Таким образом, с целью минимизации выбросов в атмосферу, в систему регулирования соотношения «газ-воздух» вводится коррекция по содержанию монооксида углерода и кислорода в отходящих газах. Кроме того, предусматривается дооборудование систем на всех воздухонагревателях регулирующими клапанами подачи воздуха на всасе дутьевых вентиляторов.
Необходимо отметить, что внедрение системы соотношения «газ-воздух» с вышеуказанными коррекциями на одном воздухонагревателе позволяет оптимизировать процесс сжигания доменного газа в воздухонагревателях, снизить выбросы в атмосферу монооксида углерода согласно расчета в количестве около 3,7 тыс.тонн в год и сократить расход доменного газа около 10 млн.м.куб в год. Так как в обычном рабочем режиме воздухонагреватели работают попарно - по два воздухонагревателя на нагреве и на дутье с попеременной сменой режима работы в течение общей продолжительности цикла, то общий экологический эффект: снижение выбросов СО примерно 14 тыс.тонн в год при годовой экономии доменного газа около 40 млн.м.куб, что положительно скажется на состоянии окружающей среды.