автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Выбор параметров горячих восстановительных газов для вдувания в доменную печь и режима газификации угля для их получения

РГ Б Ой

ге» їїШ&ІІА ШАШ-:ЧГЛЛ ДИЛЕМІ Я УКРАПИ

І!д правах руіїоп::су

Товзровська Гре?та Йосипівна

ВИБІР ПАРАМЗТРШ ГАРЯЧИХ ВІЛШШИХ ГАЗІВ Ш ВДУВАШ У ДОШШ ПІЧ І РЕЖИМУ ГЛ2І'5ІКЛШ І ВУГІЛЛІ ДЛЯ 'ІХ ОДЕРШІЛЯ

05.14.04 - Промислова теплоенергетика

АВТОРЕФЕРАТ дисорташ і на попукування вченого ступеня кандидата технічних ¡тук

Дії і пропетровськ-1994

Робота виконана на каі£едрі проі./,ледово і теклооцергстикі: Лэрдаг-іюі металургікиоі академії лпхшш.

ІЬ/кобіі4 іаршж - кандидат тгжпчли на?::, лэцэнт К Б Потало:;

ОФІЦІЙНІ ОХИЗНїИ * ДОЇПОР ТЄХН1ЧШІХ !;ау,:,

нрсфзсор Левченко Б.л •

ііавдадаг технічних наук,

' допоит Б. І. іі-гоха

Бздуча. оргалізаіия - завод ім. Штровського

Захист дисертащі відсудиться "_2£." ____1934. р.

о ^ і’ид.ші на заоїдашїГ саошалізоклки ради К 035. 02. с.і ари Цс-ргашй шголургійаій акздзиіі га адрогое: -

310635, м. Диіпропо'хровоыг, пр. Гагаріьа, 4.

З дисертацією но-улгао озпайої-такся у бібліотеці ¿йркшпоі метадур-ьйиоі академії України.

1994 р.

_ ¡0. С. Пані отой

Автореферат разісггшо "¿У " А&аЛ

в

' ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ‘

Актуальність.Дефіцит коксувального вугілля а також великі матеріальні і трудові виграти на виробництво текс/ при екологі таШ небезпечності! цього виробництва поставили єадачу заміни його ішкі-іш еиергоносіяш як ііа'Лвакливіау для чорної иеталургп. Обмежені ресурси природного газу і гдзуту в Украпи при недостачі шізько-зольного вугілля для пряного вдування у фурші дошишх печей, а також технологічні оО;.охання ю.тливостеп вдування великої кількості сировинних зашнктачів ко::су потребує кардинальної зшіш підходу до вибору і підготовки до вдування додатідавих палив.

Одт: з перспективних • напрямів зашш коксу - це припічна газифікація низькосортного вугілля з вдуванням "арячих відновних газів (ГВГ) - продута їв газифікації вугілля (ПГУ) у дсшнні почі.

Мета роботи. Формування раціональних режимів газифікації вугілля і відповідних параметрів ГВГ для зачінн частішії коксу у домзшил плавці при мінімальні!)! витратам енергоресурсів.

Наукова новина.З позицій теплотехнічного пришиту класи, і.оці і і вимог доменного виробництва до параметрів ГВГ визначені підходи до вибору засобів і пристроїв газифікації вугілля для одержання ПГУ, вдуваємих у доменну піч (ДП). '

На засаді чисельного аналізу умов одержання цільового газу встановлені межі змінювання параметрів, забезпечу»«! найкращі значення критеріїв якості процесу газифікації.

Вперше вирішена задача встановлення параметрів процесу газифікації вугілля і відповідних параметрів ГЕГ для вдування у ДП по ¡.літері» мінімальної виграти енергоресурсів. Встановлена доцільність збагачення дуття газифікатору киснем до 35-452 без йо го підігріву при допустимій ч ушв тракту подачі температурі ГЕГ

• .

■ 4 -

ДО 1500 С і необхідність кагріву дуття ДО 1000-1500 С при ДОЯВОМУ ступені його збагачення киснем у вкладку допустимо і температури ГВГ 1700-1900° с. Шіазааа доцільність газифікації вугілля з ко-ефіііцієїііом надлишку окислювача 0,4 иоаь/юіь.

Запропоновано новий пріишш секціонувашш одиничних газифікаторів і розроблені технічні рішення на рі^ні винаходів для його реалізації з кето*1 одержання погрібної продуктивності багато-секцШгого газифікатора ло газу при гадай1П його якості.

Пракимп дінніооть та реалізація результатів роботі;.Розроблена ілзтодика коїшешюі оцінки витрат еаергоресурсів в систзш дошв-на піч - газифікатор ьупдяя.ір дозволяз вирішувати практичні задачі вибору режимів робоги газифікатора в залежності від потреби ДОІЙІШОГО процесу. •

Розроблені конструкції Оагатосещійних газифікатор № вугіглл для Дії з використанням зупинених повітронагрівачів.

Результати роботи переднії інституту чорної металургії ЛІЕ Украі па для використання у розробках по примі нешш продуктів гаоі^ікаді 5 вуї' кіля у ДП. ,

На захист виносяться :

1.Обгрунтування зиСзру засобів і пристроїв газифікації вугілля для вдування продуктів газифікації з ДІЇ

2. Штоджа комплексної оцте: Еііх’рат енергоресурсів у системі доменна піч - газіі£икігор вугілля і щмвяш важачі іазїшшхзтія параметрів процесу га-н^ігацп і бідішпш параметрів ЇЕР ди вдування в /П по критерій мінімуму енорговитрат.

3. Одержані в рЗші'і рішення іказаної задачі значення параметрів

процесу газифікації вугілля, сіиаду і температури ГБГ.цо подається ДЗ ГІ - '

4. Принц«! секціоі'ування одиничних газифікаторів та нові

технічні р і ковші по його реалізації з ігз-гою одержаис; і:.п\лбпоі иродукгтшеті Оагглосе-кіцйлого газифікатора при задш;с.чу ■ к.^зі і температурі ГЬР. . .

Апробація poto.ro.Ссіюгні і^яультати доповідались іл і шшово-

-ТеХНІЧНІЙ гхиз^ероиціі, 2 СІ’Д. ¡031 У1.ПХ И 1 ЮуіСКЗ-ТвХИІ'йІОЧУ

семінарі.

Друкованая.Основні подалися дисертації вшквдзні У 0 друкова- . ши роботах,у тому числі в і брошурі, йурнаііах "Сггдь", "Мзталаур-

гическая и горнорудная прошиленность" і 1 авторському свідотстві на винахід. • .

Об'єм та структура роботи.Дисертація складаєтьси з вступу,чотирьох розділів, бібліографічного списку з 99 джерел і додатків; містить І53сторінки машнодрукарського тексту, 42 малюнка і 5 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

Обмеженість ресурсів природного газу * мазуту і дефіцит усіх видів палива висуває на перший план використання для заміни коксу в доменній плавці низькосортного вугілля. Для рішення проблеми його вдування у ДП потрібно рс-зрооити технологію газифікації вугілля за межами ДП и подачі продуктів газифікації в фурмеш вогнища ДП. Рішення цієї .проблеми містить встановлення раціональних параметри; ГВГ, вибір відповідних режимів газифікації вугілля і розробки технічних рішень по реалізації нової технологи.

АНАЛІЗ ЗАСОБІВ ГАЗИФІКАЦІЇ ВУГІЛЛЯ І ВІДПОВІДНОСТІ ПРОДУКТІВ

ГАЗИФІКАЦІЇ ВИМОГАМ ДОМЕННОГО ВИРОБНИЦТВА

На засаді розглядання засобів газифікації вугілля виконана їх класифікація за теплотехнічним принципом організг иі процесу: густий фільтруючий шар,киплячий шар,зважений струм,газифікація у рідкій ванні,комбіновані процеси - сполучення окремих засобів.

Найважливіші чинники порівняльної оцінки засобів газифікації це сортамент використованого вугілля і якість цільового газу, .

Засоби газифікації у густому фільтруючому шарі грунтуються на використанні кускового вугілля а заданим гранулометричними складом і міцністю при нагріванні. З цих позицій у процесах з "киплячим

шаром" до палива ставляться не такі ¡короткі вимоги»але виникають проблеми вибору складу зола.цр забезпечуь і і розм'ягчешія і плашшіня при можливо більш високих температурах. При газифікації у струмі, конкретно у апаратах циклонного та вихрового т..пу, а та-¡сож у рідкому розплаві вимоги до якості палива мінімальні, можлива газифікація будь-якого вугілля при різноманітних реяїмах.

У густому фільтруючому шарі шке бути отриманий газ з високою температурою і низький вмістом окислювачів тількі б разі роботи э рідким золовилучеіїиям при розвитку у зоні газифікації температур 16Ю-1900°С, перевищуючих температури плавлішш золи. Однак температурний рівень процесу все ж обмежений використанням кускового вугілля і необхідністю збереження його міцності при пересуванні до зони газифікації. У найбільш досконалих газогенераторах з густим шаром температура вихідного газу становить до 1000° С при вмісті диоксиду вугдеця 3-5%.

При газифікації у "кіншчому шарі" температура процесу обме-дена до' 900-1000°С при емісті СО у газі 10-202.

Газифікація у вихровом струмі дозволяет вести процес при буть -яких температурах/ наприклад при 1500-2000аС, ідо при надлишку вуглецю в умовах термодінамічяоі рівноваги дає незначний вміст огаїсдювачів (С0г-*Нг0) у газі. Практично досягнуті значення вмісту окислювачів становлять 1-37.. Аналогійні умови газифікації вугілля і якості отримуваного газу ма-лч> місце у розплаві.

Таким чином, з позицій вимог доменної плавки найбільш придатні засоби газифікації вугілля - це засоби газифікації у вихровому струг*, кошфатЕо в цшсісашіх і вихрових апаратах, де поліпшу ється тепло-массоиереніс, а також у розплаві. Великий інтерес має комбінація цих засобів. •

ДОСЛІДИШ РЕЙШІВ Г/2КЗ>1 НАЦІЇ ШЦЮВУГ1ЛЫЮГ0 ПШВА У ЦМК-ЛСЙШ АПАРАТАХ

Вабрава розрахункова модель процесу газифікації вугілля, яка базується ва основних положеннях механіки гетерогеллзаг середовищ і штохзмгіі елеизагарвого балансу. Обгрунтовані еіііші вхідних параметрів и виконані багатоваріантні розраьузаа. •

Аналіз результатів викшглих розрахунків показав :

- збільшення ВОЛОГОСТІ, зольності і вмісту летучих у вугіллі знижує тешературу отриманого ; г;зу відповідно па 16-32°С па кожний ЇХ вологи, 3-4,5'С на кожний 17. золи и Б,5-11°С на кожний 17. летучих, а підігрів вугілля збільшує температуру пзу на З1 С на кожні 10°С Підігріву;

- кількість газу на одиницю вугілля знижується зі зростанням зольності і вологості вугілля і декілька збільшується аі зростанням вмісту летючих, при цьому частіса водню у газі збільшуються на

0,38 ',48% на іиший 1% вологи і на 0,7% па кожний 17. летючих;

- збільшення температур:! газу при заданому складі вугілля досягається збідьазн''як температури окислювача.(35-50°С на каш 100°

0 температури оккслвяача) и вмісту в ньому кисню (8,5-12,4°С на каліий 17. оі) при змэпевиш вологості (18-23°С на комшй 11 вологи); при цьому збагачення киснем сприяє збільшиш кількості газів на одиницю вугілля і частим в них відновних компонентів (СО + ІІ2), а зниження вологості декілька гзмеишує кількість водню;

- кількість твердого вуглецю регулюзться коефіцієнтом надлишку ^ окислювача, збільшення якого від 0,3 до 0,5 моль/моль при—водить до скорочення вмісту твердого вуглецю у газі від 100-140 г/м’до нуля;при цьому кількість газу ка одиницю вугілля збільвуєтс:. у 1,5 рази при вростанні у ньому частки оксиду вугльия і азоту і зниженні частки водно,а температура зростає зі слідкістю 80°С на кожний ОД моль/моль в разі холодного атиосфзрного дуття, 135- в разі нагрітого до Ю00°С атмосферного дуття і 180°0 - в разі жодного дуття, збагаченого киснем до 40%;

- об’сипа частка окислювачі а у газі (С02+ НгО) полежіть,', головним чином,від його температури: при теїяіератуг і виде 1100еС вона не перевищує 17.,

Експериментальна перевірка уозшвостей одержання газів, відшзідахгчх вимогам доменного процесу,виконала на двох установках - циклонній шакоплгшшвпій установці заводу іи. Штровського і стендовій установці ІВГАИ.що включає вихровий реактор-газифікатор, рс^облений еодо газифікації пиловугільного палива для доменної пл^зга. В першому випадку встановлена можливість одержання внеоко-іимпературного відновного газу, але частка окислгаачіа в ньому Сула збільшеною від недостатніх швидкостей окислювачів і ііз-

• - 8 -лого часу перебування часток вугілля у реакційній зоні, що обумовлено специфічною конструкцією циклону,призначеною для одержання синтетичного илаку, У другому випадку одержані розрахункові склад и температура газу при частці окислювачів (С02+ Нг0) 1-2%, прийнятній для доменної плавки.

ДОСЛІДЖЕННЯ ЕГШШУ ПАРАМЕТРІВ ГАРЯЧИХ ВІДНОВНИХ ГАЗІВ-ПЮДУКГІВ ГАЗИФІКАЦІЇ ВУГІЛЛЯ НА ЕІТРАЇИ ПАЛИВА У ДОМЕННІЙ ПЛАЩІ

Основною задачею нової технологи є скорочення вітрат коксу. Оскільки одне і те ж заоваднення коксу тже бути одержано при різних параметрах гарячих відновних газів і, відповідно з різною витратою енергоресурсів, вирішується задача вибору варіантів,що дають найменьш витрата умовного палива та одиницю,, заощадженого

коксу у‘комплексі доменна піч-газифікатор вуг.лля.

Ідея дослідження містить наступне. Задають безліч складів і температур гарячих" відновних газів - продуктів газифікації вугілля. По цих складах і температурах на засаді їлатеріадьного и теплового балансів газифікатору встановлюють вхідні характеристики газифікації (витрат вугілля заданого 'чздаду, атмосферного дуття, кисню і вологи ). За цими я сідадами і температурами виконується розрахунок показників доменної плавки з встановленням витрат енергоресурсів ' коксу, природного газу, гарячого відновного газу, кисн», атмосферного повітря, пару і ін.).

Для вивчення вливу параметрів ГЕГ на заощадження коксу в до-мзшмй плавці використали математичну шдедь ІЧМ,яка грунтується .на ДЕозонному тепловому балансі зі змінвшійся в залегшості від ушв температурно» кешо зон теплосбиіну і розбігу температур шихти і газу на цій іізжі, a такса з використанням кинетичних г.адей-ностей процесу відновлення заліза і закономірностей газодішашо дошнної плавкій Великі прогнозні шлшшості цієї шделі дозволявсь оцінити показники*доменної шшки дри різкошнітвих ре®шах і з різта Еараі'зграші ГШ*.

Витрату ушввого палива для комплексу доигшг піч - реактор-газифікатор вугілля встановили за даоаа груваш сзраійтрів - витрат

енергоресурсів (окрім кокс';) в доменній плавці, отриманих розрахунком за моделлю доменного изцесу, і витрат енергоресурсів при газифікації вугілля. Друга група параметрів визначалась на засаді матеріальних и теплових Салатів процесу газифікації при заданих параметрах ГВГ. На одержання їй3 ГВГ потребуєтсяг вугілля( з баланс 1«) ,%,іса + со,) + Ст

3 ‘ "(Г-ТГсї

КГ/М5

вологи Vho (з балансу водню): ,

1 г 72 А 9? і

Vho - Нг+ H¿0 - У*Н^1-г)~-- - У*Ул-у^ - м'/м

г.

технічного кисню Vo2 (з балансу кисню):

Vo, = -¿--(СО* 0.5С0 + 0,511,0 - wa*VaB - W*-$t г Wt í fjyj i ’ i % s

- y(l-z)-j¿L-^0'/] m /М;

атмосферного повітря VaB (з балансу азоту):

Уав => - -(І!2 - У*{ 1-2) - Vo*(l-w}) і//м? -де

СО,СОг,Н2 ,Н ¡.О.Н^-сб’емш частки компонентів у ГВГ, м3/ы*;

Ст -вшст твердого вуглецю у ГЕР.кг/м3; W,Z,Cy,Hy,Oy, Ny - масон і частки вологи,золи у робочій касі і вуглецю, всдню, inicuo, азоту у пальній масі вугілля, кг/кг; wtt,vr- об'єкта частка кшго у атмосферному повітрі і техничному кисні, m5/mj.

При задаїмй температурі ГВГ я обчислених матеріальних характеристиках з балансу тепла газифікатора визначається потрібна ентальпія окислювача (дуття газифікатора):

Q - [Тгвг*Сгвг*(1-чпот) - -~~*10400*(с0,+ 00 — ,2*У*Оу-^-)

Д 2*іі * & і

+ 12644*C0<¿+ Ю802*(1!г0-Унр) - 17893*y*W - y*Z><€z*TrBr -

- С?*6с*ЇГ£гґ1 fJtS/sf3 де {

Сгвг,Се,Ст: - питома теплоємкість ГВГ (кДк/ігтшзрдого вугхзцю

1 золи вугілля (кДл'кг) аідіїсвідно; '

- 10 - '

ЧПОТ - відносна величина втрат тепла у газифікаторі,кДж/кДж. Теплоти: 10400 ~ І'оршюі вуглецо до СО, кДж/кг; -

12614 - окисленая СО в СО^, кДж/и3; ‘

10302 - окисленая иг в Н^О, кДу/мЛ 17893 - нагріву, внпаренші и диссоціаци вологи вугілля, кД?/кг

Для отримання ГВГ витрачається вугілля, паливо для нагріву дуття, водяний пар, кксіїь та енергія для стиснення дуття и кисни.

Витрати умовного палива для одержання РВГ (кг/м5 > може бути встановлена а виразу: •

У *0у Од

УТгвг “ —— + 0,3*Уоа +-------------------* (Уи2о - Уав*!&в) *

29310 29310*КДНвн

4616

*-------------+ 0,035*(Уав + Уог) , .де

* 29310*КІЩіГ

Оу, кЛа/кг - теплотворність вугілля, встановлена за формуло»

Д. І. Швдедеєва; ' .

КВДші.кДя/кЯя * коефіцієнт корисної дії* повітронагрівача; КПЛпг, кДв/кДж - коефіцієнт корисної дії. парогенератора; 0,3

0,035, кг/м* - витрата У” для одержання і етшкашм дуття; 29310, кДк/кг - теплотворність УТ; 4516, кДг/м3- ентальпія водяного пару пра 300 с. .

Для вашші коксу у доизшіїй плавці окрш ГЕГ витрачається кисень, а в процесу вилучається природний іш, атіюсферне дуття і паливо для нагріву, цього дуття. В реал переходу на нову технологію . змінюється кількість колошникового газу,по використовується як паливо для і неї їх виробництв підприємства. Кзсбхщіа витрата ушвного палива для заміни ісоїссу (УГк, кг/т чда) нозш бути встановлена за виразош -

УТК У?ГБГ*ТЕГ + *0.-0“)*0,3 - СУЛ - 02)*0,035 - ПГв*1,15 о о *

Уд*и*Сд о

---------—- + (Окг - Окг) / 23310 ;

29310*ІЩЦВИ *

- 11 -

Те л на 1 кг заміненого «хжсу, кг/ст:

УТк

РУТ ------- , де

. эк

ГВГ, Ot, Qkt, ЭК - виграти гарячого відновного газу, кисню (ыУт чавуну), теплотворність колошникового газу (кДж/г чавуну) 1 заощадженій іюксу від вдування ГВГ (кг/т чавуну) у доменній плавці,встановлені за моделлю доменного процесу.

Верхній индекс "о" означає наложисть до базового режиму дошн-цої плавки, причому: . ' *

ооо .

Уд, ПГ , tn, Сд - витрати дуття 1 природного газу Си1/?), температура і питома теплоємкість дуття, відповідно,вС и кДхл/К 1,15 - коефіцієнт перечисления природного газу в ушвне паливо,

15Г/М3.

Для розрахунків ва шдгахю доменного процесу і методикою оціигаї витрат умовного палива прийняли початкові параметри роботи ДП комбінату "Залоріжталь", пр: ¡гаманиі до умов України."

Оцінка впливу параметрів ГВГ на виграти коксу в доменній плавці виконувалась на засаді 150 варіантів розрахунків при варіації стаду і температури газу в меках: СО - 27-742; Et- 10-60%; (СОа+Н* О) - 0-5%; Н4- 5-60Г; Тгвг - 1100-1500°С; Ст - 0-200 Г/М* (міра газифікан 50-902). Результати узагальнені графічно і виражені спрощеним рівнянням для еквіваленту заміни коксу ГВГ:

ЗЗгвг- 0,2ССН0, ЗІІ2-1,5(00^ +Нг0)-0,1ЄН2 +0,00019Тгвг+1, 7Ст (кг/м5)

і ' k

СО, П2, CO,, HjO, flz- об'ємні частки відповідлих компонентів у ГВГ, н'/м3; Тгвг - температура ГВГ,°С; Ст - вміст твердого вуг-леци у ГВГ, кг/м*

Частка відновлювачів у ГВГ - (СО + Нг) лінійно впливає на ЭЭ-ГВГ, 8бшшувчи його до 80%, після чого підвисання, концентрації -в*вловних компонентів не тілько не збільшує,але декілька знижує заощадження коксу. Це обушвлеио тим. що при високому відновному потенціалі газів у доменній печі евидко досягається повне відновлення оксидів заліза іепрємим шляхом, і подальше зоїліаення витрат

- 12 - ■

ГВГ не знижує міру прямого відновляння і відповідно не сприяє зао-шдджешго тепла. Гази виковують лише роль теплоносія. Це скорочує питоме заощадження коксу (кг/м5ГВГ), цо дозволяє вва/ати'додаткові витрати і:а одержання ГЕГ зі вмістом азоту шньке 20Z дл.і Едування у доменні печі недоцільнлм.

Наяишсть окислюваних компонентів у газі(С(^Н20)різко знижує ЗЗгвг, а підвищення температури збільшує його, причому кожний 17. окислювачів оквивалекгний зниженню температурі! ГВГ на 80°С.

Наявність часток твердого вуглецю збільшує ЗЗгьг, причому у більшій мірі,ніж вдування сировинного вугілля у зв'язку З 6Ш2ІОЮ підготовлешистю часток до газифікації, однак припустимий вміст їх у ГВГ обмежений умовами спалюваииня у фурмених вогнищах ДП.

Загальне заощадження коксу бід вдування ГВГ (ЗК) залежить не тільки від ЗЗгвг, але також і від загальник витрат ГВГ при заданій теоретичній температурі у вогнищі. Вираз для нього має вигляд:

ЗК = *-15(Н29б*С0+Зд7-лІІ2 -1586(С02+Н£0)+0,2и*Тгвг+1360*Ст (кг/т) При (СО + Hj) < 0,8

Відмінність у змісті рівнянь для ЗЗгвг і ЗК у тому,що пєрие дає засадження на одиницю ГВГ у "чистому вигляді", а друге - сукупний вплив вдування ГВГ, вилучення з процесу природного газу і заміни гарячого атмосфернгго дуття холодним киснем, доданим до фурм доменної печі.

Результати розрахунку витрат умовного палива (РУТ) на одиницю заощадженого »«жоу показали наступне:

1. Витрата умовного палива (РУТ) на одиницю заощадженого коксу знизується при збільшенні температури і вмісту СО у ГВГ.

2. При Тгвг > 1300°С к ЗО 7. збільшення частки відновлювачів

і відповідно зменшення частки азоту по приводить до зни;и.:кл РУТ, а починай збільшувати його.

3. Збільшення вмісту водню у ГВГ приводить до ЛІНІЙНОГО 30ІИЄК

ця РУГ, бо воно, зв'язане v. витратами тепла на диссоціацт вологи у дутті.’ ’’

4. БіііСТ твердого ЛИПКУ у ГВГ сприяє зменшенню РУТ, причому найбільш значному при виеої;о;,у вміст і азоту. При N2< ЗО % доцільно _ піддержання Сх- на ріен; не більа 50 - 80 г/лі3.

5. Оскількі наявність окислювачів (СО^+ НгО) у ГБГ приводить до збільшення витрати коксу,воно однозначно збільшує РУТ.

Із загального пасиву варіант і ь зробили сибірку мі лишачих значень РУТ, відповідаючих С0„ = 1 %, її^0 » 0, Тгвг » 1 БОО^С при' різних значеннях Н2 і відновиш параметрах газифікації вугілля (Тд, ч,7) і доменної плавки:

Таблиця 1

: Я,, 7. Заоідадхення : коксу, кг/т : РУТ, ісг/іст .. .. , ° 1 ° ! V, % : і , %:

: 50 117 : І.б'З 1700 : 16,8 : 13,6 :

: 40 182 : 1,527 1170 : 29.2 : 7,-1 :

: ЗО 179 : 1,345 300 : 4-3,0 : 0,4 :

: 20 201 : 1,355 1800 : 47,0 : 25,2 :

: 5 207 : 1,353 - ; 86,0 : 21,2 :

Аналіз вкборки показує, • ар м^чімаліна величина РУГ при Тгвг » 15С0°С відповідає ,4^= 30 7. і становить 1,345 кг/кг. Одержання такого газу забезпечується у газогенераторі практично без нагріву дутгп при атмосферній його вологості і збагаченні киснем до 43 X. Витрата коксу за розрахунком досягає 292 кг/т при витраті ГЕГ 1163 я5/:.’ (витрата вугілля 487 кг/т чавуьу). .

Збільшення Ст знизує значення РУТ при Н2=30 X и Тгвг *» 1500° С до 1,17 - 1,25 кг/кг, а загальне заовдяешею коксу збільшує з 173 до 262 кг/т, але для досягнення иих значень потрібні нагрів дуття до 1000 - 1200°С. Гітрати коксу знижується до 209 кг/т при витраті ГВР 1050 \Ьу і відповідній Ш витраті вугілля 490 кг/т.

Припустиме значення Ст визначається мо?;ливістю повного паленнл ■твердого вуглецю у фурменому вогнищі ДЕ Практика роботи ДП з вдуванням великої кілікісті пиловугільного палива показала межпизість достатньо повного палення вуглецю у фурмеїшону вогнищі при витраті його 130 -200 кг/т чавуну, до відповідає 500-550 г/м3кисни дуття. Незважаючи на меншу концентрацію лисіло в дугтєвому струмі ГБГ у порівнянні з дуттям звичайного ром;му умови оіілслєння часток вуглецю тут не гірше, бо воші нагріті до Тгвг ч підготовлені струк-

. - 14 -

турко. Оскільки при вдуванні ГВГ відношеная додаваемого у струмі кисню до ГВГ становить 0,12-0,15 mVm1 , це відповідає

Ст = (500f550) (0,1270,15) = 60 г 80 Г/Ц*ГВГ

Вказані значення відповідають коефіцієнту надлишку оккс-лявача на вході газифікатора (з урахуванням кисню вугілля) - 0,4 моль/моль. Таким чином, піддержання на вході газифікатора коефіціє нта надлишку окислюавача 0,4 забезпечус припустимий а умов роботи фурмеиих вогнищ вміст часток твердого вуглерца у ГБГ. З рахунком цього, а такоя для визначення «шпальних значень РУТ і умов їх одершшя при Тгвг > 1500*С проведи додаткову серів розрахунків зі зміною NjB медах 50-20 І, Тгвг - від 1100 до 1900°С при СО£= 1 %,

ЩО - О X. Вміст твердого углецю змінювали від 0 до уошшвого значення відповідаючого коефіцієнту надлишку окислввача 0,4

моль/моль, яке становило для 50%- 50 т/и, для Nt= 40 І- 60 г/м* для Nt= ЗО % - 67 г/ы*. Вміст водню у ГВГ визначався а умови

піддержання вологості дуття газифікатора на ріши атмосферної і залежало від кількості- всдшо у вугіллі (останнє задано 52). Розрахунки виконані, як і вище, при умовах збереження на рівні базового режиму теоретичної температури горіння - 2040flC, а також при умові зниження п до 1900°С у режимі вдування ГВГ за рахунок подачі додаткової кількості ГВГ. Останнє можливо у зв’язку, з визволенням

фурменних вогніщ' від роботи по реформації снровшш паливних додатків, але обмежує можливість збільшення Ст в ГВГ.

Результати розрахунків подалі у вигляді залежностей витрат умовного палива від вмісту азоту у ГВГ для значень температури ГВГ 1100-1900°С при 0т«0 и Ст=50-75 r/ы5. Залежності аппроксимовані ішадратичними параболами в високою мірою приближения (середняя помилка аппроксимаци 1 відн.) і подані графічно на мал. 1. Області між кривими, відповідаючими робочим режимам доменної плавки з теоретично» температурою горіння 1900 - 2040 С, заштриховані, а соїш міх мінімальними значенняші РУТ на суміжних кривих відмічені подвійною штриховкою. При цьому- оптимально значення Чг і

відповідне мінімальне значення РУТ встановлені з рівняння-

SÍPyfJ/íN ■= 0

■Ч7- пї

Шл. 1 Заселиїсть витрати ровного палива дла’ замши коксу шд вмісту гзоту у ГЕГ.

31 збі-шзеншш Тгвг зони мінімальних значень РУТ зміщуються у область галиких значень вылету азоту у ГЕГ. Зона мінімальної втрати умовного палива на одиницю заощадженого коксу відповідав вмісту агогу у ГВІ’ 20-32 % пря 7гвг <1500сС. Якщо з умов траету подавання ГВГ у ЛІ припустиш-Тгвг >1500“с, тоді зона мінімальних значень РУТ відповідає: вмісту азоту у ГВГ 35-55 X, У ікриому випадку гааифисацт ведуть на дутті із вмістом кисню 35-45 % без лідігрзву. у ’ друго’<у • 21-40 7. з підогрігсм дуття. Улраетерпо, що ' еел-!3 вмісту твердого вуглеци у ГВГ на виграти умовного палива зі ззнзгнням теішератури ГВГ гшівуеться, і при Тгвг»1900°С стає яг істотним. .

У таблиці 2 приводяться .»/злі параметрів ГВГ (Тгвг, Ст, М,.) при мінімально-можливих значеннях РУТ и відповідні ш меяі режимів га-зифікаціКн,* ід)-, а та'юх параметрів доменної плавки (витрати коксу - В, ГБГ и відповідні вугілля - У і 0^. .

Шнншьнз значення РУТ при одержанні. ГЕГ з температурой до 1300еС відповідають газифікації вугілля дуттям зі вмістом ішсни 35*10 5 без підігріву. При цьому коефіцієнт надлишку оісислгоача повинен бути на рівні 0,4 шлй/юль (Ст-70 г/м5). При одержанні ГВГ з

. Таблиця 2.

Мзжі параметрів ГВГ при шніу.?льно-можливда витратах умовного палива і відповідні парзштрй

режимі^ газифікації вугілля і дошнної плавки.

: тГВГ. °С .•Ст.г/м3: Ііх, г : РУТ, кг/кг : : *) : : : V, ?. :ЬД, °С : ГВГ, мг/Т : У, кг/т : К, кг/т : 0,, М‘‘/г:

: 1100-1300 : 0 : : 70 20-30 : 20-30 : 1,50-1,80 1,20-1,35 : 40-45 : (-) : 1050-1150 : : 35-40 : 0 : 930-1030 : 1450-400: 500-540 : 320-400 : 240-320 : 210-270 : 220-270 :

¡1300-1500 ; 0 : : 70 : 25-32 : 25-32 : 1,35-1,50 1,15-1,30 40-45 : (-) : 1140-1160 : : 40-45 : 0-1100 : 1030-1050 : 450-470 : 490-500 : 290-340 : 210-260 : 170-220 :; 170-220 :

: 1500-1700 : 0 : г .70 : 30-35 : 30-35 : 1,25-1,35 * 1,10-1,15 : 45-50 : 0 : 1200-1250 : : 40-43 : 800-1000 : 1050-1150 : 450-500 : 480-500 : 230-300 : 180-240 : 120-180 : 130-180 :

: 1700-1900 : 0 : : 60 : 35-45 : 45-55 : 1,10-1,25 1,07-1,13 : 30-40 :1000-1300: 1280-1300 : : 21-30 :1300-1500: 1230 : 450-470 : 430-450 : 200-250 : 180-220 : 75-125 : 100-150 :

*) для деяких заданих складів ГВГ розрахункові значення температур/ гуття енявшшсь нереальними (-). '

- 17 - - -

температурой 1300-1500* С мінімальні величини РУТ відповідають газифікації вугілля китям без підігріву зі вмістом кисню 40-45 %. В разі гагліфікацп з коефіцієнтом і.адлишу окислювача 0,5 моль/ моль РУТ становить 1.35-1,50 кг/кг, а при коефіцієнті надлишку окислювача 0,4 кг/кг (Ст=70 г/м3) РУТ значнфишр 1,15-1,^ ісг/ісг. Вказані решлі відповідають подаванню І'ЕГ з температурою виїде 1500° С

і можуть бути здійснені за схемою з встановленням газифікатора на кожну Фурїлу. При цьому змінюється і режим газифікації' вугілля: для отримання мінімальних величин РУТ (1,10-1,15 кг/кг) при Тгвг 4500-і700°С потрібен підігрів дуття 7ю 800-1000°С зі збагаченням іаісном до 40-43 % 1 Ст»70 г/м5;

близькі до цих величини РУТ отримуються при Тгвг~1700-1000е0 за рахунок більш високого нагріву дуття (1000-1500°С) при меншій концентрації у ньому кисню (21-40 X.) і незначному впливі Ст.

РОЗРОБКА ТЕХНІЧНИХ РІШЕНЬ ПО РЕАЛІЗАЦІЇ НОВОЇ ТЕХНОЛОГИ ‘

Аналіз відомих єнерго-техноло>ічних схрм і технічних рішень .10-вдуваїшю продуктів газифікації вугілля у доменну піч показав перспективність альтернативних розробок по двох схемах: з встановленням реактора-газифікатора (РГ) на кожному фурменному пристрої і встановленням центрального газифікатора для доменної печі з розводкою ГВГ по фурмах. * .

Роботы по другій з ці« схем,ср виконуються,кафедрою промислової . теплоенергетики Е&тАУ ішротязі декількох років, спрямовані на підвищення продуктивності одиничного газифікатора при забезпеченні якості цільового газу. В молах розроблш.юго на гліомо і напрямі су по секціояуванио одиничних газифікаторів за участю автора розроблено циклонний газифікатор, включаючий з'єднані мі» собоо секцп з едшии збірником золового разллаву. Конструкція відрізняється тим, со засіб для подавання здрібненого вугілля у циліндричну камеру виконаний у вигляді декількох груп подаючих патрубків, відстань мія яияиш зрізами кожної сутиоі групи я:шх становить 0,13 0,15 ^ висоти каиер5і, а кромки патрубкь разташвані на рівні зрізу верхньої. кроши сопла для вводу сккоиозача і їх осі віддалені від внутрішньої стінки камери иа відстань 2,3-3,0 радіусу гнхід"ого

. - 18 -

зрізу сопла. Сопла для подавання окислювача розташовані перпендикулярно осям патрубків, їх кількість ¿.алекнть бід продуктивності газифікатора і змінюється від двох до чотирьох на кожну камеру. Кількість суміжних камер залежить від загальної продуктивності усі єі установки. На вказане технічне рішення отримане авторсько свідотстео Н- 2812206. .

Секцігнуваиня одиничних РГ викладеним засобом має і ряд недоліків, зв'язаних з обмеженням кількості одиничних РГ при рагта-шуванні у лінію, а також нерівномірною обробкою газу у воловому разплаві і відокремленням вольних часток від газу, особливо при відключенні окремих РГ. Останнє погіршує якість газу по вмісту окислювачів і зольних часток. .

Дія поліпшення якості газу і можливості збільшення продуктнв-кості газифікатора запропоновано багатосекційний РГ, в якому одиничні РГ розташовані по колу циліндричного збірника эолового разп-лаву, при цьому повздовжні осі вихідних патрубків для продуктів газифікації вугілля і рідкої воли нахилені під кутом 40-60 до горизонтальної площини, проведеної через циліндричний збірник эолового разплаву.

• Вагатосекцішїйй РГ ( мал.2 ) включає багатосекційний блок 1 одиничних РГ, єдиний циліндричний збірник волового розплаву 2, по колу якого розташовані одиничні РГ а виходними патрубками 3 для продуктів газифікації вугілля і рідкої золи. При цьому поздовжні осі вихідних патрубків 3 встановлені під .кутом 40- 50 до горизонтальної площини-, проведеної через циліндричний збірник волового розплаву. Ло когіюго одиничного РГ підведені магістралі: 4 - для

подачі пиловугільного палива, 5 - для подачі окислювального дуття (ОД). Крім того, від магістралі 5 виконано підвід 6 для подачі невеликої кількості ОД до збірника еолового розплаву. Над збірником еолового розплаву розташована відводяча шахта 7, розпиршана уЕерх в нижній частині 8, а потім звужуючася у верхній частіші 9 при переході до трубопроводу 10 для подачі продуктів гаьифікації вугілля (ПГУ) у доменну піч.

Мал. Л Багатосекційіпі'і г^мфікатор.

У коглий одиничний РГ подасть ПУТ і ОД при коефіцієнті падлігаг/ окислювача 0,4-0,5. В об’ємі г на сгпікаг колгого РГ проходить газифікація вугілля і перехід золи у рідину о утворенням ПГУ - гарячих відновних га?<в з температурою 1500-2000 С,які містять оксип вуглецю, водень, азот, і невелику кількість окислювачів у вигляді диоксиду вуглецю 1 вологи (1-2%). Після цього ПГУ і рідкі частки золи через виходиі патрубки одиничних РГ здуваються V рілку ванну волового распЛ-;нч,;•? -ї^срптується остаточна газифікадия иедооіжлепих часток і перегрів иедогрітш зслових часток за рахунок ' додатковоє подачі у рідку шлакову ванну невеликое кількості ОД. У струм ПУТ і ' у рідку ванну подають також флюсуючі додатки,що сприяє одержанню ’рухомих злаків.

Нагедоне техн'чш ріпзння по конструкції' ^агатосекційного РГ ш-ж бути реалізовано як вляхом спорудження спеціального нового

. - 20 -

агрегату у комплексі доменної печі, так і еляхоу використання існуючого обладнання коші."зксу доменної печі.

Одкэ а рішень засноване на тому, що для газифікації ПУТ використовується повітронагрівач.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Еа засаді аналізу відомих засобів газифікації вугілля виконана їх класифікація по теплотехнічному принципу і дана оцінка а позицій вимог доменної технологи. Показана найбільша придатність для використання у доменному виробництві засобу газифікації вугілля у циклонних і вихрових, апаратах (в тому числі у сполученні із засобом газифікації у розплаві), забезпечуючих одержання газу з високою температурою і мінімальним вмістом окислювачів (CQj+ Ht0) практично з будь-якого низькосортного вугілля.

2. Розрахунками по моделі газифікації вугілля встановлено:

- збільшення вологості, зольності і вмісту летучих у вугіллі

вшикує, а його підігрів збільшує температуру отримуваного газу; при цьому кількість газу на одиницю вугілля знижується зі зростанням зольності і вологості і декілька збільшується зі зростанням вмісту летучих: agi рахунок летучих і вологи газ збагачується воднем; . • ’

- збільшення температури газу і зниження частки окислювачів в ньому досягається підвищенням температури окислювача (Зб-БО^С на 100*0 температури окислювача) і вмісту в ньому кисню (8,5-12,4° С на кожну IX 0^) при зменшенні вологості ( 18-23*С на кожниу IX вологи); при цьому збагачення киснем сприяє збільшенню кількості газів на одиницю вугілга і частки в них відновних компонентів (00 + Щ), а зниження вологості декілька зменшує кількість водню;

- кількість твердого вуглецю в газі регулюється коефіцієнтом надлишку окислювача, збільшення якого від 0,3 до 0,5 моль/моль приводить до -скорочення концентрат* твердого вуглецю у гам від 100-110 г/И*до нулю при зростанні кількості газу на одиницю вугілля ; 1,5 рази і температури на 160°С при холодному атмосферному дутті і на 270-360°С при нагрітому збагаченому киснем дутті.

3. Можливість .оде;жа”чя розрахункового складу газу підтверджена експернмент.льнг' на двох установках. Показано, шр для досяг-

чеппа мінімального вмісту окислювач лз (СОг»II¿0) у газі. відпстндп-):чого вті;гсм домопного процесу (1-27„), н--обхідно виорпстшія пг'грой» ’ апарат і в' спеціальної .х'лструкш І, забезпечуючих високу повноту реагувалш твердих часток вугілхі з пкі'с~'.юглі':ом.

1. Розрахуттоо-гиалітичие пслі/тепля пгь'нву параштрів га-ргічтіх иійіюБіии газі?» ¡и заокадмєпвя шссу у доменній плавці поі.са-г-о/о !!90бхіднісгь збільшення іх температури, вмісту відновних кеч-поііоіїтіэ (СО + І12) і твердих часток вуглцо, а такод ОЗШХОІПНЇ хз міпімально-момиті кь''ькос,г,і оклслшаиъярх !-;о,'поіюіп,іп ; СО, і ¡Ь 0). пр:; ш>о!'.у вилучення аз/г/ па раху/.о'с збагачення киснем дут;^ газогенератора доцільне до змісту 1!гу ПТ П" ннгп 202. Результати дослідження узагальнені у вйі’лялі зручтсго дд.ч нрчктпчного ::орустування швняшія залолюсті еквіваленту злміїш коксу герлчіїм ;и;; їо::::пм газом - продуктом газифікації вугіли..

5. Для оппшізацп параметрів ГГГ по критерію нішнуму енопги-гігграт розроблена методика тчілекгчої оцінки .витрат екері '^о-сугсіз у системі доменна піч-газифікатор ¡¡угіддя і 'шошші багатоваріантні розрахунки по цій методиці у сполучній з ;.озра:іун:®>'!і по моделі доь'очш.'то процесу. Елзиачоїі: пгдашии витрат умопного палива яз одиницю заоаююиого коксу (1УТ) яри різних параметрах ГНГ і визначено:

збі.и'лзтш температури Г£Г і вмісту я ньому" оксиду ¡¡углпю і твердих частої; вугдеідо сприяє' здашто БУГ, а підвикашш частки окислювачів і родин - гбілипенню;

їгвг .> 1ГОО°С :і Мг< 30% збільшення честкл відновлктачіп і . тгірлого вуглци ііє прчгодять до згсо&пея і'Л.

■і. Аналіз розрахункових р?;*гмів газифітціі- вугілля з пеший мшмізаш і енергогпграт дозволив кізїіачптн наПкраш дзрамтгри, ЕЦіювідасчі різним яршіустпмш з умов трокту гадачі максимальним температурам ГЬГ. . ■

Ніиіктиі величини РУТ па одтвпде заопаяшгого шгау при одер-ГБГ з тсмиратуров до 12С00С відповідають газифікації »'•угілая дуттям із гмістом кивнп 35-40 % без підігріву при іюефіпи . :і?і над.л'.!г>:у окислвдача 0,4 моль/моль. Одер-ханий від вдугяння у доменну піч ГБГ містить 20-50% азоту і до 70 г/м3твердого вуглецю. Агшсгічні рвпт при одержанні ГЕГ з температурою до 1500° С відрізняються збагаченням дуття газифікатора киснем до 40-45% і

відповідно uuiстом азоту у ГВГ 25-32%.

В разі встановлення газифікаторів ни кошу фурму і можливості збільшення температури ГЕР до ПОО^С мінімальні іієличишї витрат умовного палива отримані при газифікації вугілля підігрітим до 800 -1000аС дуттям із вмістом кисню 40-432 і коефіцієнті надлишку ‘ окислювача 0,4.

При збільшенні припустимої температури ГВГ до 1900°С оптимальні режими газифікації вміщуються у область підвищення температуры дуття (1000-1500°С) і знихейня вмісту в ньому кисн» (40-21Z) при коефіцієнті иадлишку окислювача 0,45-0.5. Оптимальний вміст азоту у.ГВГ збільшується до 35-50Z, а вміст твердого вуглецю знижується до 3Q-0 г/м’. • .

7. Для реалізації нової технології і оптимальних режимів її Функціонування запропонований новий принцип секціонувашія одиничних'газифікаторів ццяхом встановлення їх по колу циліндричного збірника золобого разллаву і розроблені технічні рісеиня на рівш винаходів, забезпечуючі потрібну-якість цільового газу при збільшенні продуктивності багатосекційних газифікаторів.

Основні результати роботи викладені у наступних друкуваннях:

1. Адаптация математических моделей поточной парокислородной

гааификашл пиПеугольных топлив для приближенного анализа процессов в циклонных камерах /ЕП. Падков, Б.Е Потапов, A.IL Вздепьев, Г. И. Товаровская и др. // Проблемы газификации углей. Сборник докладов. - Красноярск, 1991. - С. 142-150. '

2. Получение и применение продуктов газификации угля в доменной плавке/ИГ. Товаровский, ЛИ. Солодкий, ЛЯ. Толмачев, ЕА. Дро-нов.Е. Г. Шадак, Г. И. Товаровская //Москва, 1992. - 100 с.

3. Энерготехнологическая схема малококсового процесса получения чугуна с использованием восстановительного газа/Б. Б. Потапов,А. Е Веденьев.Г. Л Товаровская // Проблемы преобразования энергии и рационального использования органического топлива в энергетике: Тез. докл. научно-техи. семинара Киев, 1992 г.

4. Ближние параметров продуктов гази^-чкашш угля на расход кокса в доменной плавке/й. Г. Товаровский.Б. Б. Потапов,И. Товаровская // Сборник докладов международного симпозиума на Донецком металлургическом предприятии. Донецк, 1992 г.

5. . Пспчципн разработки и сптиниззтч эпйргосбзрвгаю!* тохчоло-ГйЛ ЕиС0Г.Г,20ЛЬ'!1’Х углей/Е 3. Потапов, А. Я Г-.ЗЛ.Г;НЬеВ,Г. И. Товпоспс-¡:ая и ар // Тез. докл. 3-Л Всесоюзной научней келцоретши по проб-лс;;а.-.5 'геплотехкологии. Шеква, 1992 г.

6. Готапсв ]>. Я , Тогоропская Г. И, , Тогпрс^иагё И. 1’. ИсследоггГ-пие I' ни л параметров герпчнх •юсстз’юшггс чыкл' газов, вдуиаеу« в (['урмэппуг; пону донешюй печи, на раезед яглюа// ! йтадпург ическаз г. герноруднач прсшигааиость. -Дйепрспгтрэвск, Ю^З. - !!-3. - С. 3-0.

7. Тстрсвокай И. Г. , Потапов Б. В., ¡овнг-сватгм Г. И. ШОср пара-изтров горячих соссгапорнге-гыш гагов - про/г.’отоя газ!ч;;1:пп!;и угля ;;лл ?лувшшя в донецкую печь// Сталь.- 199-1. - ’¡-0.

а ГоварошсеЛ Л Г., СододкиЛ .1И .товаровекзя V. Л. Вгтпш пара-

)'3'.фОВ 1«3)бИЛИРОГ;а!П!С-ГО ЛУТЬЯ за тп'^зратурный ПС;?';иЧ?Л '['¿'РМЗШЮ'

го газа н тенденции его изг^лашш пщ своггптя -¡ут; ч и!;г.'.%о;юм //ь;:саялург;!чэс!ия и горнорудная прсмотзнмоогь. Д'^пр-зият-РОЕСК, 1009. - !! -3.-С. 4-6.

9. д. с. 1312ПС6 ссс?, ч Ел с ю ! з/48. щшоигал газедш^поп/

Е. Б. Потапов, А. Е Ведоиь&в,!- Товарошоя и др. //Огщзютя. йзсСро-теш'Л. - 1993.- '¡-16.