Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Предложения о вдувании в доменную печь углеводородсодержащих добавок (мазута, нефти, коксового газа и др.) с целью замены части кокса были высказаны еще в XIX в.
Первые в мировой практике промышленные опыты использования природного газа в доменном производстве относятся к октябрю 1957 г., когда на одну из доменных печей Днепропетровского металлургического завода им. Петровского подали природный газ Шебелинского месторождения. Уже в первые дни при расходе природного газа 70-90 мэ/т чугуна расход кокса уменьшился на 10-14%. Высокая эффективность природного газа предопределила быстрое его распространение на другие заводы.
Используя естественное давление природного газа, после редуцирования его подают без дополнительного компримирования в печь вместе с нагретым дутьем через фурмы в зоны горения. Природный газ состоит, в основном, из метана СН4 (> 90%), остальное - более тяжелые углеводы состава CnHm и незначительные количества (< 1%) СО2 N2 и др. Смешиваясь с дутьем в фурме и в кислородной зоне, природный газ реагирует с кислородом (сгорает) по следующим реакциям:
СН4 +2О2 = СО2 + 2H2O;
СН4+1,5О2 = СО + 2Н2О;
СН4 + 0,5О2 = СО+2Н2.
Реакциям горения предшествует разложение углеводородов природного газа, протекающее с затратой тепла, например:
СН4 = С + 2Н2 - 79, 449 МДж.
За пределами кислородной зоны образовавшиеся СО2 и Н20 взаимодействуют с углеродом кокса, превращаясь в СО и Н2:
СО2 + С = 2СО; Н2О + С=Н2 + СО.
Таким образом, вне окислительной зоны, где невозможно существование СО2 и Н2О в присутствии углерода образуется только смесь СО и Н2. Результирующая реакция сгорания метана природного газа в горне доменной печи при сухом атмосферном дутье с учетом теплового эффекта описывается уравнением:
СН4 + 0,502 + 0,5 • 3,76 N2 = СО + 2Н2 + 1,88 N2 + 38,116 МДж.
Если не учитывать кратковременности существования образующихся при сгорании природного газа СО2 и Н2О, которые влияют только на распределение температуры в окислительной зоне и на ее объем, но не влияют на баланс тепла в зоне горения, то реакцию эту в тепловом отношении можно рассматривать как состоящую из двух реакций:
СН4 = С + 2Н2 - 79,449 МДж
+
С + 0,5 О2 + 0,5 • 3,76 N2 = СО + 1,88N2 + 117, 565 МДж,
___________________________________________________
СН4+ 0,5О2 + 0,5 -3,76N2 = СО + Н2 + 1,88 N2 + 38, 116 МДж.
При вдувании природного газа в горн печи в ходе доменного процесса возникают изменения, вызывающие в свою очередь изменения в результатах работы печи, которые по данным проф. А.Н. Рамма характеризуются зависимостями, показанными на рис. 3.
Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет: 1) увеличения непрямого и уменьшения прямого восстановления; 2) замены части углерода кокса углеродом природного газа; 3) уменьшения прихода серы в печь, основности и выхода шлака вследствие снижения расхода кокса,
вызываемого первыми двумя факторами. Наибольшая доля экономии кокса получается от увеличения непрямого восстановления за счет восстановительной работы водорода, образующегося из природного газа в горне. Если при обычных условиях доменной плавки на увлажненном дутье участие водорода в непрямом восстановлении составляет 7-9%, то при вдувании природного газа оно возрастает до 25-30%. Увеличение расхода природного газа до 0,4 м3 на 1 кг сгорающего у фурм углерода (100-120 м3/т чугуна) уменьшает степень прямого восстановления с 0,55 до 0,27-0,29 (рис. 13.4, а). В соответствии с изменением степени прямого восстановления изменяется и относительный расход кокса
(рис.3, б).
Расход природного газа при выплавке передельного чугуна в зависимости от условий работы печей изменяется в пределах от 60 до 150 м3 на 1 т чугуна, чаще всего составляя 70-90 м3/т чугуна. Относительный расход кокса сокращается на 10—14%, а иногда и больше. Эквивалент замены кокса природным газом изменяется в пределах от 0,6 до 0,8 кг на 1 м3 газа. При выплавке литейного чугуна расход природного газа и экономия кокса несколько ниже, а при выплавке высококремнистого литейного чугуна и доменных ферросплавов природный газ вообще не применяют вследствие понижения температуры в горне печи.
Замена углерода кокса углеродом природного газа неравноценна в тепловом соотношении. Сравним результирующую реакцию сгорания углерода метана с реакцией сгорания кокса:
С + 0,5О2+0,5 • 3,76 N2 = СО + 1,88N2 + 117, 565 МДж.
Количество тепла, выделяющееся при сгорании единицы углерода метана в горне доменной печи, в три раза меньше, чем при сгорании единицы углерода кокса. Различие в тепловых эффектах этих реакций объясняется затратой тепла на разложение метана и численно равно тепловому эффекту реакции СН4 = С + 2Н2 - 79,449 МДж:
117, 565 МДж - 38, 116 МДж = 79, 449 МДж.
Сравним теперь количество газа, образующегося при сгорании одинаковых количеств углерода кокса и углерода метана. При сгорании единицы углерода кокса получается 2,88 объема газа, а при сгорании единицы углерода метана - 4,88 объема, т. е. в 1,7 раза или на 70% больше. На нагрев большего количества газа до температуры в зоне горения потребуется и больше тепла. Если учесть, что приход тепла в горн от сгорания единицы углерода метана в три раза меньше, а количество образующегося газа на 70% больше, чем при сгорании единицы углерода кокса, то станет ясно, что с применением природного газа температура горна понижается. Понижению температуры в горне способствует также и то, что кокс приходит в зону горения нагретым до 1400-1500 °С, а природный газ вдувается холодным (от -2 до +4 °С). Кроме того, при вдувании природного газа для сохранения оптимального газодинамического режима приходится уменьшать количество дутья, подаваемого в единицу времени в горн печи, а следовательно, уменьшать вносимое им количество тепла.
Компенсировать понижение температуры в горне можно увеличением нагрева дутья, уменьшением содержания влаги в нем или обогащением дутья кислородом. Для поддержания нормального нагрева горна температура дутья должна быть повышена из расчета 4 °С на каждый 1 м3 вдуваемого природного газа на 1 т чугуна. Если не компенсировать снижение температуры горна, то возможная при вдувании природного газа экономия кокса будет меньшей или ее может не быть вовсе. Поэтому лучший эффект от применения природного газа получили на тех печах, где оказалось возможным соответственно повысить температуру дутья. По этой же причине и содержание влаги в дутье понизили до верхнего уровня возможной естественной влажности, обеспечив постоянство влажности дутья.
Для устранения понижения температуры в горне было предложено вдувать в доменные печи продукты разложения (конверсии) природного газа СО и Н2, предварительно нагретые до температуры 1000 °С. Однако проведенные на меткомбинате «Азовсталь» опытные плавки с вдуванием в горн конвертированного природного газа не получили промышленного внедрения вследствие конструктивных недостатков установок для конверсии природного газа и недостаточной стойкости элементов воздушного тракта.
Недостатком применения природного газа является ухудшение газодинамических условий вследствие увеличения объема горновых газов при снижении газопроницаемости столба шихты, вызванных уменьшением расхода кокса. Для сохранения условий нормального опускания шихты при вдувании природного газа уменьшают расход дутья, вследствие чего интенсивность хода печи по сжигаемому коксу уменьшается (рис. 3, в). Уменьшение расхода кокса должно сопровождаться соответствующим улучшением механических свойств компонентов шихты, повышением давления газов в рабочем пространстве доменной печи и содержания кислорода в дутье.
В качестве добавок к дутью с целью экономии кокса на некоторых заводах вдувают в печь коксовый газ, мазут, пылеугольное топливо или угольную суспензию, состоящую из мазута и измельченного малосернистого угля.
Вдувание в печь газообразных и жидких углеводородов вызывает изменения в ходе доменного процесса и показателях работы, аналогичные изменениям при вдувании природного газа с той лишь разницей, что они могут быть большими или меньшими - в зависимости от состава углеводородов.
При вдувании коксового газа в горн доменной печи на Макеевском металлургическом заводе и Кузнецком металлургическом комбинате в количестве 92,8 м3/т чугуна расход кокса снизился на 9,6%, а производительность печи увеличилась на 4,2%. Коксовый газ содержал около 60% водорода.
Для вдувания коксового газа требуется сооружение специальных газодувок и очистка газа от смолистых веществ, вследствие чего применение коксового газа для доменной плавки промышленного распространения в настоящее время не получило.
Более успешно применяется жидкое топливо, особенно мазут. Действие его такое же, как и природного газа, с той лишь разницей, что вследствие высокого отношения углерода к водороду в мазуте эффект замены углерода кокса при вдувании мазута больше, а снижение прямого восстановления меньше, чем при вдувании природного газа. Вдувание мазута в количестве 30-35 кг на 1 т чугуна сокращает расход кокса на 8-16% и повышает производительность печи на 2—9%. Эквивалент замены кокса мазутом составляет 1,2—1,4 кг на 1 кг мазута.
Вдувание измельченного угля в зону горения позволяет частично использовать некоксующиеся угли и значительно сократить удельный расход кокса. Технология использования пылеугольного топлива в доменной печи будет рассмотрена далее.
Дата публикования: 2015-07-22; Прочитано: 1854 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!