Патент на изобретение №2241764

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ПО ФУРМАМ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к регулированию расхода топлива по фурмам доменной печи. Способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи включает измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование. Дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы. Вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы в периоды прекращения подачи в них дутья и в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с определенной зависимостью. При использовании изобретения обеспечивается снижение расхода кокса. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, конкретно к регулированию расхода топлива по фурмам доменной печи.

Известны способы регулирования расхода газообразного топлива по фурмам доменной печи, включающие измерения давления дутья на подводе к каждой фурме, определение расхода горячего дутья на каждой фурме по абсолютному значению [RU №2115741, МПК С 21 В 7/24, 1998 г.] или по перепаду давлений [SU №1010135, МПК С 21 В 7/24, 1983 г.], измеренному между двумя участками конкретного фурменного прибора, и соответствующее регулирование расхода газообразного топлива.

Ни один из этих способов не учитывает отличий в распределении сопротивлений и других важных газодинамических характеристик, например, в патрубке фурменного прибора, в кольцевом воздухопроводе, в схеме разводки и подачи обогащенного дутья в полость фурмы.

Недостатком известных способов является то, что отличающиеся импульсные трассы и расстояния до узла ввода не позволяют произвести правильную тарировку показаний датчиков на работающей печи, а величина давления в колене фурменного прибора зависит не только от расхода дутья, но и от температуры, содержания кислорода в дутье и ряда геометрических параметров газового тракта. Промышленная реализация этих способов обязательно сопровождается периодическим отключением импульсных трасс для их профилактики или замены, что приводит к полному отключению соответствующих систем контроля. При существенных эксплуатационных затратах на контрольно-измерительное оборудование и схему регулирования достоверность и точность этих способов определения распределения дутья по фурмам – низкая.

Недостатком равномерного распределения топливной добавки по фурмам доменной печи является то, что фактически неравномерное распределение дутья по фурмам влечет значительные отклонения в горении вдуваемого топлива и кокса по окружности печи, а также в тепловом состоянии фурменных очагов.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи в зависимости от перепадов температур охлаждающей воды на головках сопл [SU №1765177, МПК С 21 В 7/24, 1992 г.]. Способ обязательно предусматривает выравнивание гидравлических сопротивлений трубопроводов для подвода охлаждающей воды.

Недостатком данного способа является то, что в нем отсутствует учет теплопередачи от фурмы к головке сопла, влияющий на перепад температуры охлаждающей воды, а требование к выравниванию гидравлических сопротивлений трубопроводов практически невозможно выполнить.

Технический результат изобретения заключается в снижении расхода кокса за счет уменьшения разницы скорости его горения по смежным фурмам, уменьшения окружной неравномерности теплового состояния фурменных очагов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи, включающем измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование, дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы, вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы Q_n(i) в периоды прекращения подачи в них дутья и Q_o(i) в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с зависимостью:

где i – номер фурмы;

n – число открытых фурм;

V_ТД(i) – расход топливной добавки на i-ю фурму, кг/мин;

Q₀(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

Q_n(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

V_ТД – суммарный расход топливной добавки на все фурмы, кг/мин.

Регулирование расхода топлива на каждую фурму доменной печи осуществляют по предлагаемому способу следующим образом.

На фурменные приборы поступает смесь атмосферного дутья и технологического кислорода, нагретая до высокой температуры. Для охлаждения фурмы используют воду, нагнетаемую через подводящий трубопровод в полость между внутренним и внешним “стаканом”. На входном и выходном трубопроводе устанавливают измерители расхода и перепада температур охлаждающей воды. Схема фурмы доменной печи, ее окружения и структуры тепловых потоков приводится ниже. Фурма выполняет роль калориметра, как показано на схеме (фиг.1), в следующем: тепловая нагрузка Q₀, определяемая с точностью измерения расходов V_ВХ=V_ВЫХ и перепада температур T_В=T_ВЫХ-Т_ВХ охлаждающей воды, обусловлена теплопередачей энергии Q_П на внешний “стакан” фурмы от футеровки печи, шихты и фурменного очага Q_Ф, а также энергии Q_Д, передаваемой высокотемпературным дутьем на внутренний “стакан” фурмы.

где (Q_Д,Q_П,Q_Ф) – функция теплопередачи, кВт;

Q_О – тепловая нагрузка, кВт;

c_B – теплоемкость воды, кДж/кг·К;

_B – плотность воды, кг/м³;

V_B – расход воды, м³/с;

T_B – перепад температур воды, К.

Первоначально необходимо определить составляющую Q_П – тепловую нагрузку, обусловленную теплопередачей за счет контакта фурмы с футеровкой и с нагретыми материалами в печи при условии, что нет теплопередачи на фурму от дутья и фурменного очага, то есть О_Д=0 и Q_Ф=0. Для этого в промышленных условиях существует две возможности. Первая, в начальный момент времени остановки печи после полного хода для всех фурм снимается дутье (Q_Д=0, Q_Ф=0) и тепловой поток Q_П(i)Q_O(i)- Вторая, для закрытой одной i-й фурмы на полном ходу печи ее тепловая нагрузка Q_П(i)=Q_O(i). Экспериментальные исследования показали, что разница в показаниях интегральной величины Q_П по этим двум вариантам укладывается в 1%.

Далее определяется разница Q_O(i)-Q_П(i), характеризующая количество тепла, передаваемое газом на внутренний “стакан” каждой i-й фурмы. Ее величина определяется на полном ходу, как составляющая теплового потока, пропорциональная произведению расхода дутья на его температуру. Так как общий нагрев дутья производится в воздухонагревателях, было экспериментально установлено, что разница температур дутья на смежных фурмах незначительна, в то время как разница его расходов по фурмам весьма существенна. На отдельных доменных печах неравномерность распределения дутья по фурмам может достигать 30-40%. Полагая, что все фурмы имеют одинаковые конструктивные характеристики и материал, из указанного выше следует пропорция:

где

i – номер фурмы;

n – число открытых фурм;

Q_О(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

Q_П(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

V_Д(i) – расход дутья на i-ю фурму, м³/мин.

Из уравнения (3) можно определять расход дутья V_Д(i) при известных остальных величинах.

На практике для поддержания скорости горения углерода на фурмах С_Ф и теоретической температуры горения T_Ф на определенном уровне значений устанавливают соотношение суммарных расходов топливной добавки (V_ТД) и дутья (V_Д) на доменную печь постоянным:

где – удельный расход топлива, кг/м³ дутья.

В предлагаемом способе условие (4) устанавливается для каждой из фурм с целью выравнивания величин С_Ф(i) и T_Ф(i) по окружности:

где V_ТД(i) – расход топливной добавки к дутью на i-ю фурму, кг/мин.

В качестве топливной добавки может использоваться пылеугольное топливо, мазут, природный газ, коксовый газ, водо-мазутная смесь. На практике удобнее расход пылеугольного топлива и мазута указывать в кг/мин, а газообразного топлива – в м³/мин. Объемный расход газа – м³/мин – может быть переведен в расход массы – кг/мин – через известную плотность газа. Например, для природного газа с плотностью _ПГ.

где V_ТД, V_ПГ – расход природного газа соответственно в размерности, кг/мин, м³/мин;

_ПГ – плотность природного газа – 0,76 кг/м³.

Пример практической реализации способа регулирования расхода природного газа.

В таблице показан пример определения тепловых нагрузок и регулирования расхода природного газа по каждой из 16 фурм на ДП №1 ОАО “Северсталь” по предлагаемому способу.

На подводящих и отводящих трубопроводах системы охлаждения фурм ДП №1 были установлены расходомеры охлаждающей воды и датчики измерения перепада ее температуры на каждой фурме.

Рассмотрим один из периодов работы ДП №1, который характеризовался ровным ходом при расходе дутья 2025 м³/мин, расход природного газа – 14560 м³/ч, температура дутья – 1196°С, содержание кислорода в дутье – 23.5%. По указанному периоду работы тепловые нагрузки Q_O(i) составили значения, приведенные в первой строке таблицы.

При переводе печи с полного хода на остановку были определены тепловые нагрузки Q_П(i) на каждой фурме при полностью снятых расходах дутья, природного газа и технологического кислорода (см. строку 2 таблицы). В последующем, в случае прекращения подачи дутья и добавок на отдельную фурму, значения Q_П(i) уточнялись для закрытой фурмы на полном ходу. Тепловая нагрузка на конкретной фурме, закрытой на полном ходу, практически не отличалась от тепловой нагрузки на ней в начальный момент полной остановки и закрытия всех фурм.

Разница тепловых нагрузок, обусловленная влиянием распределения расхода дутья по фурмам, представлена в строке 3, а ее относительная величина – в строке 4 таблицы.

Рекомендуемая по предлагаемому способу величина расхода природного газа на каждую фурму представлена строкой 5 таблицы.

В результате установления расхода природного газа на каждую фурму по предлагаемому способу на 10% были уменьшены разницы скоростей горения кокса и теоретических температур горения по смежным фурмам, что в итоге позволило снизить удельный расход сухого кокса на 0,9 кг/т чугуна.

Формула изобретения

Способ регулирования расхода топлива по фурмам доменной печи, включающий измерение суммарного расхода топливной добавки к дутью, расходов топлива на каждой фурме и его регулирование, отличающийся тем, что дополнительно измеряют расходы и перепады температур охлаждающей воды в подводящих и отводящих трубопроводах каждой фурмы, вычисляют тепловые нагрузки на охлаждение каждой фурмы Q_n(i) – в периоды прекращения подачи в них дутья и Q_o(i) – в периоды наличия в них дутья и устанавливают расход топлива на каждую фурму в соответствии с зависимостью

где i – номер фурмы;

n – число открытых фурм;

V_ТД(i) – расход топливной добавки на i-ю фурму, кг/мин;

Q_o(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при наличии в ней дутья, кВт;

Q_n(i) – тепловая нагрузка на охлаждение i-й фурмы при отсутствии в ней дутья, кВт;

V_ТД – суммарный расход топливной добавки на все фурмы, кг/мин.

РИСУНКИ