Файл: Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна..pdf

Г лава I I

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

В СОЧЕТАНИИ С ПЫЛЕУГОЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ

Рассмотренные ранее аналитические работы представ­ ляют определенный интерес для качественной оценки эффективности применения разных видов топлива. Прин­ ципиальным методическим недостатком большинства этих работ является необоснованность принимаемых исходных условий [99, 112, 114, 117]. К таким условиям относятся, прежде всего, сохранение на исходном уровне таких пара­ метров, как теоретическая температура горения; выход горновых газов в единицу времени; степень использования восстановительной энергии газов.

Как показывает опыт, при вдувании разных видов до­ полнительных топлив перечисленные показатели обычно существенно изменяются, вызывая изменения работы печи и эффективности нового технологического режима. В на­ стоящей главе предпринята попытка учесть влияние дополнительного топлива на тёмпературный, газодинамиче­ ский и другие режимы плавки и найти параметры, опреде­ ляющие максимальный расход и эффективность примене­ ния топлива в конкретных технологических условиях.

Распределение температур по высоте печи и нормы компенсации охлаждающего влияния

дополнительного топлива

Предположение о том, что при вдувании в горн допол­ нительного топлива теоретическая температура горения газов сохраняется на исходном уровне, справедливо для работы теплоэнергетических агрегатов, но не имеет сколько-ни-

25

будь убедительного технологического обоснования для до­ менной печи. Как правило, максимальный экономический эффект от вдувания топлива достигается при некотором снижении теоретических температур горения.

Опытом работы печей подтверждено, что при компенса­ ции охлаждающего влияния добавки повышается эффек­ тивность применения комбинированного дутья. Установ­ лено также, что при снижении теоретических температур ниже определенного уровня наблюдается ухудшение ра­ боты печи.

Описанные особенности теплового режима горна домен­ ной печи при вдувании дополнительного топлива объясня­ ются интенсификацией восстановительных процессов в шахте печи, снижением степени прямого восстановления и вследствие этогоснижением потребности тепла в горне на завершение процесса формирования чугуна и шлака

[89].

Рассмотрим необходимость достижения полной компен­ сации при вдувании в горн пылеугольного топлива.

при которой в новых технологических условиях обеспе­ чивается сохранение исходной температуры продуктов плавки* [33, 34].

Принимая, что конечная температура шихты в исход­

где tн — температура газа и шихты в зоне замедленного теплообмена, ®С; t0, tx— исходная и необходимая теорети­ ческие температуры горения, ®С; \ѴШо, WWl — водяные эквиваленты шихты, ккал/пѵ, К0, — относительный

выход горновых газов, м3/т кокса; К0, Кі — расход кокса, кг/т чугуна.

Рассмотрим частный случай применения уравнения (1) при снижении расхода кокса за счет повышения темпера­

* В дальнейшем для удобства данный термин будем называть «необходимой теоретической температурой».

26

туры дутья или снижения выхода шлака. Уравнение можно записать в виде

ческих условий плавки и снижении расхода кокса необ­ ходимая теоретическая температура возрастает, что подтвер­ ждается опытом работы доменных печей. Так, при расходе кокса 536 кг/т чугуна, температуре дутья 1100® С и выходе шлака 466 кг/т чугуна оптимальная теоретическая тем­ пература горения составила 2100®С против 1900— 1950® С, имевших место при освоении технологии плавки с приме­ нением природного газа (расход кокса ^ 680 кг/т чугуна) [31].

Аналогичное влияние на уровень необходимых теорети­ ческих температур оказывает обогащение дутья кислородом.

Анализ условий нагрева шихты в нижней зоне тепло­ обмена дает основания объяснить наличие минимально до­ пустимого для конкретных условий уровня теоретических температур, при котором обеспечиваются нормальные усло­ вия нагрева шихты. Очевидно, что нижним теоретическим пределом такой температуры является конечная темпера­ тура нагрева шихты (1550—1600° С). Принимая во внима­ ние необходимость завершения процесса нагрева шихты в определенном объеме печи и за определенное время и не­ обходимость прохождения многочисленных эндотермиче­ ских процессов, убеждаемся, что при нормальном ходе доменного .процесса нагрев шихты может быть обеспечен лишь при определенной номинальной разности теорети­ ческих температур горения и температуры шихты.

Согласно опытным данным, при нормальной работе печей эта разность, как правило, не бывает меньше 300— 500 град, причем больший предел относится к условиям работы печей с низким расходом кокса. При замене части кокса пылеугольным топливом можно принять, что коэф­ фициент замены кокса углем равен 1, а выход газа из единицы кокса равен выходу газа из единицы угля. Тогда

27

Следовательно, в этом случае необходимая теоретиче­ ская температура горения определяется, прежде всего, изменением теплосодержания поступающей в нижнюю зону теплообмена шихты, которое определяется относительным расходом кокса и степенью прямого восстановления заки­ си железа. Согласно теоретическим и опытным данным, применение пылеугольного топлива может сопровождать­ ся снижением гй на 1—4% на каждые 100 кг пылеуголь-' ного топлива за счет увеличения времени контакта газоввосстановителей с окислами железа, неизбежного при зна­ чительном снижении доли кокса в шихте. Уравнение (4) можно выразить через показатель степени прямого восста­ новления:

бг„, Tdi — начальное и конечное значения степени прямого восстановления.

Принимая во внимание, что при вдувании угля может

быть jjr • п® — 1, тогда

Aj V]

необходимых теоретических температур определяется из­ менением степени прямого восстановления железа: при неизменном га необходимая теоретическая температура также не изменится (іг— t0); при снижении га эта темпера­ тура тем ниже, чем больше снижение. Зависимости, постро­ енные для условий Донецкого металлургического завода и показанные на рис. 4, иллюстрируют то положение, что при вдувании тощих углей необходимая температура го­ рения снижается на 20 град на каждые 100 кг угольной пыли, введенной на 1 т чугуна.

Относительно малый темп изменения необходимой теоре­ тической температуры объясняется значительным сокраще­ нием расхода природного газа, рассчитанным исходя из условия сохранения на исходном уровне прихода водорода

28

на единицу шихты; снижением расхода дутья и выхода горновых газов на единицу чугуна вследствие прихода с летучими угля кислорода, заменяющего часть кислорода дутья.

Снижение теоретической температуры при вдувании длиннопламенных углей меньше, чем при вдувании тощих

25 град при вдувании 100 кг угольной пыли на 1 т чугуна), вследствие чего возникает существенная разность между этой и фактической температурами. При благоприятных условиях плавки (снижение гd на 2—4% на каждые 100 кг угольной пыли на 1 т чугуна) необходимая и фактиче­ ская температуры горения различаются незначительно. Та­ ким образом, так же как и при вдувании природного газа, вдувание в горн пылеугольного топлива сопровождается

* В дальнейшем «фактически полученную для данного режима теоретическую температуру» будем называть «фактической темпера­ турой».

29