Источник: http://www.donntu.edu.ua
Важнейшая задача черной металлургии — снижение энергоемкости металлопродукции не может быть решена без существенного сок ращения расхода кокса на выплавку чугуна. Вдувание пылеугольного топлива в доменную печь (ДП) является эффективной технологией с точки зрен ия снижения себестоимости чугуна, повышения производительности печи и защиты окружающей среды.
Первый в Европе промышленный комплекс по приготовлению и вдуванию пылеугольного топлива (ПУТ) в доменные пе чи был построен в 1980 году на Донецком металлургиче ском заводе (ДМЗ) [1]. После 20 летней эксплуатации он был реконструирован и введен в работу 22 августа 2002 года. Начиная с 80-х годов в странах Европы и Азии основн ым видом вдуваемого топлива становится уголь. В настоящее время более чем 100 пылеугольных компл ексов работают в странах Европейского Союза, Кит ае, Японии, Корее, США и других странах [2,3]. С овершенствование техники и технологии вдувания п ылеугольного топлива привело к достижению стаби льных расходов его на уровне 150 — 200 кг/т чугуна. Эффективное использование дорогостоящих комплек сов пылевдувания достигается лишь при больших расх одах вдуваемого угля (свыше 150 кг/т чугуна). Главными причинами, препятствующими увеличению коли чества вдуваемого в горн доменных печей ПУТ, являю тся обеспечение его полного сгорания в фурменно й зоне и равномерного распределения по окружности печи.
Промышленный опыт свидетельствует о существенной и нтенсификации горения угольной пыли в окислительной зоне ДП при повышении концентрации кислорода в дутье [1 — 4]. Однако существующие способы подачи кислорода не обеспечивают максимальную эффект ивность его использования ввиду сложности обе спечения полного смешения угольных частиц с дутьем. Из-за неполного смешения ПУТ с дут ьем предлагается увеличить концентрацию ки слорода вблизи движущейся угольной струи. Н есмотря на то, что некоторые аспекты этой идеи оп робованы на практике на доменных печах фирм Тисс ен Стил (Германия) и Бритиш Стил (Великобритания) п ри использовании коаксиальных трубок их подход не о беспечивает оптимального использования кислорода. Это связано с тем, что горение частиц угольной пыл и протекает в четыре стадии: прогрев угольных част иц до воспламенения летучих веществ, воспламенение летучих, воспламенение коксового остатка и выгоран ия коксового остатка [4]. Повышение концентрации ки слорода сказывается лишь на время протекания послед ней стадии. Поэтому предварительное смешение ПУТ с кислородом нецелесообразно: попадая в фурму или сопло, значительная часть ПУТ благодаря высокой ло кальной концентрации кислорода вокруг угольных ча стиц сгорает до их выхода в окислительную зону. Горе ние же ПУТ в фурменном приборе нежелательно из-за уве личения температуры газов и плавления золы, отклонения струи продуктов сгорания и несгоревших частиц вверх по пе риферии печи. Кроме того, вначале, как обычно, сгорают ме лкие частицы и, следовательно, их горение происходит в бо лее благоприятных условиях. Выгорание крупных частиц, кот орое происходит позднее, протекает уже в области пони женной концентрации кислорода.
Следовательно, повышать концентрацию о кислителя наиболее эффективно после про грева и выхода летучих веществ и прог рева коксового остатка. Расчеты показы вают, что это время составляет 0,005 — 0 ,020с в зависимости от характеристик П УТ и температурно-дутьевых условий плавки. Экспериментальная проверка получе нных теоретических результатов осуществл ялась на лабораторной установке, создан ной на принципах горячего физического м оделирования, и позволяющей имитировать роцесс сжигания угольной пыли в условиях фурменной зоны доменной печи [4]. Было оп ределено, что повышение содержания кислор ода в дутье на 10% (с 21 до 31%) повысило степень сгорания угольной пыли на 25 %. Результаты расчетов времени сгорания ПУ Т при индивидуальной подаче технологиче ского кислорода в фурмы доменной печи ДМЗ показали, что при вводе кислорода в фурму рост его концентрации в дутье от 21 до 25 % об еспечивает увеличение локальной концентрации в области движ ения ПУТ в 2 раза, что уменьшает время сгорания почти на 40 %.
Для обеспечения своевременного попадания кислорода в поток предварительно прогретого п ылеугольного топлива были выполнены расчеты траектории движения струй кислорода и угольной пыли в полости фурмы и разработана конструкция фурменного прибора с одновременным вдуванием ПУТ, ПГ и технологического кислорода [6]. Для проведения исследований на ОАО "ДМЗ" была создана опытно-промышленная установка [4,5]. П одача кислорода в фурму осуществлялась из коллектора кислорода через кислородопровод, оснащен ный необходимой арматурой и приборами. Доменная печь объемом 1033 м3 в период исследований выплавляла передельный чугун на железоруд ной шихте, состоящей из 94 % агломерата ЮГОК и окатышей ЦГОК в соотношении 1,5:1 с небольшими добавками железной и марганцевой руд. Средний расход кокса составлял 487 кг/т чугуна, пылеугол ьного топлива 76 кг/т, природного газа 84 м3/т, кислорода 75 м3/т. Печь оборудована системой контроля распределения дутья и ПУТ по фурмам. Давление кислорода в кислородопроводе 750 — 1000 к Па, расход кислорода на фурму 320 — 350 м3/ч. Эффективность предложенного способа подачи кислорода оценивали с помощью количественного мето да определения полноты сгорания ПУТ в фурменных зонах, который заключался в зондировании гор на с отбором проб материалов из различных точек по длине фурменного прибора и окислительно й зоны водоохлаждаемой трубой.
Исследования проводили на обогащенном кислородом до 25 % и атмосферном дутье (прекращалас ь подача кислорода на всас воздуходувной машины). Количество подаваемого через фурму ки слорода соответствовало его расходу на обогащение дутья в расчете на печь. Во всех опыт ах расход ПУТ составлял 8 т/ч. Каждый опыт включал два эксперимента, выполняемых последо вательно с интервалом в несколько минут: зондирование горна при подаче в фурму кислор ода и при его отключении. Результаты минералогического анализа проб отобранных из горна материалов, показали, что как при по даче кислорода в фурму, так и без него в точке подвода кислорода преобладают мелкие частицы уголь ной пыли остроугольной формы размером 0,004 — 0,008 мм, реже до 0,02 мм. На срезе фурмы, кроме, не изменных частиц ПУТ, имеются остатки его несгоревших частиц в виде тонких ободков. На расстоянии 0,25 мм от носка фурмы неизменные частицы ПУТ перестают существовать. Остаются лишь остатки от частиц пыли в виде ободков с размером 0,004 — 0,012 мм. Сопоставление соответствующих пар опытов показало, что содержание частиц ПУТ на срезе фурмы при индивидуальной подаче в нее кислорода в среднем на 15 — 30 % меньше, чем при традиционном способе. Полученные результаты свидетельствуют об интенсификации сжигании пылеугольного топлива при инд ивидуальном подводе кислорода. Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования показали, что в условиях доменн ой плавки полная газификация больших количеств вдуваемого ПУТ (свыше 150 кг/т чугуна) может б ыть обеспечена повышением локальной концентрации кислорода в районе выгорания коксового остатк а угольных частиц. Промышленные исследования на доменной печи ОАО "ДМЗ" с отбором проб из го рна подтвердили целесообразность данного способа интенсификации сжигания ПУТ по сравнению с традиционным обогащением дутья кислородом.
1. Ярошевский С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. — М.: Металлургия, 1988. – 176 с.
2. Состояние и перспективы технологии доменной плавки с вдуванием пылеугольного топлива/ А.И.Бабич, С.Л.Ярошевский, В.В.Кочура, В.П.Терещенко// Металл и литье Украины. — 1995. — №11-12. — С.12-18.
3. Производство первичного металла в странах Западной Европы/ А.И.Бабич, В.В.Кочура, А.Формосо, Л.Гарсия// Металл и литье Украины. — 1997. — №5. — С.32-37.
4. Бабич А.И., Ярошевский С.Л., Терещенко В.П. Интенсификация использования пылеугольного топлива в доменной плавке. — К.: Техника, 1993. — 200 с.
5. Intensifying pulverised coal combustion in blast furnace/ V.V. Kochura, A.I. Babich, S.L.Yaroshevskiy// International blast furnace lower zone symposium. – Wollongong, Australia. — 2002. — P.35-47.