Файл: Применение пылеугольного топлива для выплавки чугуна..pdf

снижением необходимой теоретической температуры тем большим, чем значительнее снижение rd.

Это обстоятельство определяет наличие минимальной раз­ ности между фактической и необходимой теоретической температурами горения. Следовательно, при вдувании уг­

ется более значительно, вследствие чего разность между фактической и необходимой температурами становится по­ ложительной. Это обстоятельство может способствовать улучшению условий нагрева шихты и работы печи в це­ лом. Опыт работы доменных печей полностью подтвержда­ ет справедливость полученных выводов.

Так, при работе доменной печи в Ашленде темпера­ тура дутья составила 9309 С, а теоретическая температура горения 2000° С, т. е. температурный уровень горна для данного исходного расхода кокса (571 кг/т чугуна) был минимальным, что, однако, не препятствовало сниже­ нию расхода кокса за счет вдувания угольной пыли на

28% (до 439 кг/т чугуна) [91, 93].

В 1968—1972 гг. проведены опытные плавки с примене­ нием угля и природного газа на Донецком металлургиче­ ском заводе, также подтвердившие возможность вдувания значительных количеств угольной пыли с компенсацией охлаждающего влияния угля незначительным снижением расхода природного газа.

Таким образом, основным преимуществом пылеуголь­ ного топлива является значительная экономия кокса при минимальных изменениях температурно-дутьевого ре­ жима.

Применение пылеугольного топлива облегчает воз­ можность повышения теоретических температур горения до оптимального уровня, часто существенно превыша­ ющего уровень необходимых теоретических температур. По данным ряда исследований оптимальная теоретическая температура горения при выплавке передельного чугуна в современных технологических условиях равна 2100—■ 2200° С. При повышении теоретических температур до оп­ тимального уровня отмечается улучшение условий сгора­

30

ния дополнительного топлива, стабилизация схода шихты, улучшение условий нагрева продуктов плавки.

При вдувании пылеугольного топлива полная и избы­ точная компенсация охлаждающего влияния добавки за счет изменения температурно-дутьевого режима так же эффективна и экономична, как и при вдувании других топлив. Из всех изменений температурно-дутьевого ре­ жима следует признать наиболее эффективным повыше­ ние температуры дутья, поскольку при этом вносится до­ полнительное тепло и улучшаются условия нагрева ших­ ты в нижней зоне теплообмена и сжигания пылеугольного топлива.

Существуют различные точки зрения по вопросу об оптимальном соотношении высот зон теплообмена. На наш взгляд, наиболее правильной является точка зрения Б. И. Китаева, утверждающего, что при вдувании в горн дополнительного топлива целесообразно сохранять вы­ соту зон теплообмена на исходном уровне, что обеспечи­ вает сохранение степени использования физической и хи­ мической энергии горновых газов [34]. Можно предполо­ жить, что ограничение Б. И. Китаева относилось, прежде всего, к увеличению высоты нижней и верхней зон тепло­ обмена, что неизбежно при снижении теоретической тем­ пературы горения. Изменения, определяющие уменьшение высоты этих зон, следует признать не только допустимыми, но и желательными, поскольку неизбежное при этом уве­ личение высоты зоны замедленного теплообмена целесо­ образно с технологической точки зрения, так как это способствует: 1) улучшению прохождения реакций косвен­ ного восстановления и снижению rd\ 2) снижению уровня зоны первичного шлакообразования и разделению зон плав­ ления и восстановления материалов.

Оценим влияние пылеугольного топлива на высоту зон теплообмена.

Высота нижней зоны теплообмена определяется уравне­ нием [34]

(8, а)

где р — напряженность сечения шихты; da— коэффициент внешней теплопередачи, ккал/м3 • ч • град; сш— тепло­ емкость 1 м3 шихты; f — порозность шихты, м3/м3. Зави-

31

симости, рассчитанные по уравнению (8) и представленные на рис. 5, показывают, что для принятых в расчете условий доменной печи Донецкого металлургического завода высота нижней зоны теплообмена снизилась незначительно.

Рис. 5. Графики зависимости высоты зон теплообмена (Ян, Нв), водяных эквивалентов шихты (Wm), газов (№г) и температуры колошниковых газов tKот расхода пылеугольного топлива из раз­ личных марок углей:

Д — длиннопламенный; Т — тощий; А — антрацит.

Высота верхней зоны теплообмена

зоны теплообмена, прежде всего, зависит от величины отношения водяных эквивалентов шихты и газов. Вели­ чина отношения снижается при вдувании пылеугольного топлива в среднем на 5% на каждые 100 кг угольной пыли, вдуваемой на 1 m чугуна, что определяется сокращением

32

расхода кокса, соответственно высота верхней зоны тепло­ обмена сокращается на 0,20—0,25 м.

Температуру колошниковых газов можно определить

ние температуры колошниковых газов не препятствует значительному снижению расхода кокса. Это объясняется тем, что негативные явления повышения температуры ко­ лошниковых газов полностью компенсируются улучшением условий прохождения реакций косвенного восстановления закиси железа, определяемых увеличением протяженности зоны замедленного теплообмена и повышением температуры шихты и газов в верхней части шахты доменной печи. Не­ которое повышение температуры колошниковых газов име­ ло место на Донецком металлургическом заводе при за­ мене кокса пылеугольным топливом, что также не препят­ ствовало получению высокого экономического эффекта при внедрении нового технологического режима.

Таким образом, высота зоны замедленного теплообмена увеличивается на 0,3—0,4 м на каждые 100 кг угольной пыли, подаваемой на 1 т чугуна, прежде всего, за счет сокращения высоты верхней зоны теплообмена.

В условиях Донецкого металлургического завода, т. е. при работе печей с высоким исходным расходом кокса и низкой степенью использования газов, данное изменение может способствовать некоторому улучшению использова­ ния восстановительной энергии газов в печи и соответст­ венно снижению степени прямого восстановления железа.

Температура газов в зоне замедленного теплообмена при значительном сокращении доли кокса в шихте и сокраще­ нии его реакционной поверхности на единицу чугуна может возрасти на 10—20 град, что также может способствовать повышению интенсивности реакции косвенного восстанов­ ления железа и соответственно снижению rd.

В заключение необходимо отметить, что при работе доменных печей в современных технологических условиях применение пылеугольного топлива в количестве до 200 кг/т чугуна может быть успешным и эффективным при минималь­ ных компенсирующих изменениях температурно-дутьево­ го режима. Освоение такого режима будет сопровождать­ ся увеличением высоты зоны замедленного теплообмена, не­ которым повышением температур как в этой зоне, так и в верхней части шахты. Эти изменения могут способствовать снижению степени прямого восстановления железа и соот­ ветственно повышению эффективности применения пыле­ угольного топлива. При вдувании угольной пыли жела­ тельно повышение теоретической температуры горения до оптимального уровня — 2100—2200° С, в первую очередь, за счет повышения температуры дутья и сокращения его влажности, что будет способствовать внесению в горн до­ полнительного физического тепла, улучшению условий нагрева шихты и использования восстановительной энер­ гии газа. В конечном счете, эти изменения определят повышение эффективности применения пылеугольного топ­ лива.

Горение угольной пыли в горне доменной печи

Для эффективного использования угольной пыли в домен­ ной печи необходима полная газификация ее в окислитель­ ной зоне горна. Практика работы доменных печей показы­ вает, что при превышении оптимального для данных усло­ вий расхода угольной пыли начиналось массовое горение фурм [ПО].

Рассмотрим влияние различных факторов на механизм и кинетику процесса горения угля в горне доменной печи. Из-за сложности процесса горения угольной пыли эта оценка будет приближенной, так как до настоящего вре­ мени нет надежного метода расчета горения пылеуголь­ ного факела не только для условий фурменной зоны до­ менной печи, но и для топочных устройств.

эмпирическим формулам, полученным при исследовании процесса выгорания частиц из различных марок углей

[5, 28].

34

Исследования показали, что для частиц антрацита и тощего угля процесс горения происходит в две стадии: воспламенение и горение коксового остатка. Зависимости, рассчитанные для температур газовой среды до 1600° К, были экстраполированы до 2100° К.

Время воспламенения и сгорания частиц угля рассчи­ тывали по следующим формулам [5]:

где т„. к — время воспламенения коксового остатка угля, сек;

тура газовой среды, 9 К; 0 2 — объемная концентрация кисло­

рода, в долях единцды; Лк — содержание золы в сухой массе, %.

Результаты расчетов для тощих углей крупностью 25— 300 мкм и температур газовой фазы 1200—2100° К приве­ дены на рис. 6.

Из уравнений (10, 11) следует, что наибольшее влияние на продолжительность горения угольных частиц оказыва­ ют температура газовой среды и диаметр частиц. Увеличе­ ние температуры от 1200 до 1500° К уменьшает время горе­ ния частиц почти в 2 раза. Увеличение диаметра частиц в 2 раза приводит к увеличению времени горения частиц более чем вдвое, что свидетельствует о том, что горение частиц антрацита и тощего углей протекает в промежуточ­ ной между диффузионной и кинетической области. Значи­ тельно меньшее влияние на процессы горения угольных