Другие виды доменного топлива

В последние десятилетия, с целью замены части кокса и сокращения его удельного расхода, в горн доменной печи с дутьем вдувают другие виды топлива. В качестве таких заменителей кокса наиболее широко используются природный и коксовый газы, а также жидкое (мазут) и пылеугольное топливо.

Природный газ нашел наиболее широкое распространение в доменном производстве стран СНГ. Основным компонентом природного газа является метан – СН₄, содержание которого составляет 92-98 %; кроме того, газ содержит 0,5-5 % тяжелых углеводородов – С_mH_n , а также небольшое количество диоксида углерода, азота и других компонентов.

Характерной особенностью природного газа как доменного топлива является малое количество тепла, выделяющегося при горении его в горне доменной печи по реакции:

СН₄ + 0,5О₂ = СО + Н₂ = 37250 кДж/моль или 3104 кДж/кгС.

Как видно, тепловой эффект от горения природного газа в пересчете на 1 кг углерода во много раз меньше, чем при горении кокса по реакции:

С + 0,5О₂ = СО = 117800 кДж/моль или 9810 кДж/кгС.

Теплоты сгорания природного газа в доменной печи недостаточно, чтобы нагреть продукты горения до температуры фурменного очага (при горении кокса на обычном дутье), поэтому введение природного газа снижает теоретическую температуру горения. В связи с этим природный газ выполняет только одну из трех функций доменного топлива, являясь поставщиком химических реагентов (СО и Н₂), интенсифицирующих процесс восстановления оксидов железа. Одним из важных достоинств использования природного газа в доменных печах является простота системы ввода газа в печь: высокое давление, под которым газ поступает из месторождения, исключает необходимость установки специальных газодувок. Давление в магистральных трубопроводах достаточное для подачи газа в печь.

В последние годы во многих странах ведутся разработки устройств, позволяющих осуществлять высокотемпературное разложение природного газа (конверсию) на СО и Н₂ с тем, чтобы исключить затраты тепла в горне доменной печи на разложение углеводородов и увеличить количество физического тепла, вносимого в горн горячими восстановительными газами.

Коксовый газ является продуктом коксования углей. Сырой коксовый газ, выходящий из коксовых печей, подвергается очистке, в процессе которой конденсируются пары солей, водяные пары и улавливаются аммиак, бензольные углеводороды и другие вещества. После очистки коксовый газ содержит 57-60 % Н₂, 24-26 % СН₄, 2,5-3,0 % СmHn, 6-7 % СО.

Коксовый газ вносит в горн доменной печи значительное количество восстановителей – Н₂ и СО, на получение которых из природного газа необходимо затратить тепло. Для подачи коксового газа в печь необходимо предварительно повысить его давление до 0,64-0,65 Мпа в специальных газодувках. Коксовый газ, по сравнению с природным газом, содержит меньше метана и входящего в его состав углерода, который сгорает у фурм доменной печи. поэтому он выделяет при горении меньше тепла в печи (17000 кДж/м³), и коэффициент замены кокса у него меньше, чем у природного газа. Промышленные опыты на Кузнецком металлургическом комбинате (1962-1963 гг.) показали, что при использовании 92,8 м³ коксового газа на 1 т чугуна экономия кокса составила 9,1 %, а производительность печи возросла на 4,2 %. Десятки опытов по вдуванию в доменные печи коксового газа с положительными результатами проведены и на зарубежных заводах.

Мазут представляет собой тяжелый остаток прямой перегонки и крекинга нефти после выделения более легких фракций (бензина, керосина, дизельного топлива). Горючая масса мазута содержит тяжелые углеводороды, в которых отношение С: Н (по массе) значительно выше, чем в природном газе. Состав горючей массы некоторых марок мазута представлен в таблице 18. Зольность мазута изменяется в пределах от 0,04 до 0,30 %.

Мазут оказывает аналогичное природному газу воздействие на доменную плавку. Отличие заключается в том, что благодаря более высокому отношению С: Н = 7,5 ÷ 8,5 (для природного газа С: Н = 3) и меньшей теплоте разложения мазут при горении у фурм выделяет больше тепла, образует несколько меньше горновых газов и вносит в печь меньше водорода. Теплота сгорания мазута у фурм составляет 6100-6400 кДж/кг, т.е. несколько меньше, чем для кокса, и значительно больше, чем для природного газа. Существенным недостатком мазута как доменного топлива является повышенное содержание серы. Высокая вязкость мазута затрудняет подачу его к доменным печам и распыление в горне. Для использования мазута в доменной плавке необходимо сооружать специальные устройства для его подогрева с целью снижения вязкости.

Таблица 18

Элементарный анализ горючей массы мазутов

Марка мазута	Содержание, %
С	Н2	S	O2 + N2
Малосернистый: Ф12	87,0	12,1	0,3	0,6
Ф40	87,4	11,2	0,5	0,9
Сернистый: Ф5	85,8	12,2	1,7	0,3
Ф40	87,7	10,8	0,7	0,8
Крекинг-мазут 100	87,1	10,2	1,7	1,0
Высокосернистый: 40	86,1	10,6	2,8	0,5
	86,3	10,3	2,8	0,6
Мазут МП	87,2	11,5	0,5	0,8

Пылеугольное топливо представляет собой тонкоизмельченный каменный уголь, подаваемый в горн доменной печи пневмотранспортом. Для быстрого сгорания в фурменный очагах частички угольной пыли должны быть измельчены до крупности 20-30 микрон. Большим преимуществом пылевидного угля по сравнению с другими видами топлива является его низкая стоимость. По количеству выделяющегося в горне тепла угольная пыль значительно превосходит мазут, природный и коксовый газы и приближается к коксу. Химический состав углей Донецкого бассейна, используемых для вдувания в горн доменных печей, приведен в таблице 19.

Таблица 19

Химический состав углей

Марка угля	Содержание, %
C	H2	S	O2	N2	зола
Длинно- пламенный	62,1	4,50	2,37	9,55	1,31	17,3
Тощий	72,3	3,37	1,84	1,12	1,20	18,3
антрацит	76,8	1,64	1,23	1,23	0,63	16,3

По данным Л. Богданди и Р. Гергена, теплота сгорания у фурм отдельных углей (содержащих 7 % золы и 3 % влаги) составляет в кДж/кг: антрацит 7530; тощий уголь 6800; газовый уголь 6100. Чем выше содержание углерода в угле, тем выше приход тепла в горн и выше коэффициент замены им кокса. В отличие от газообразных и жидких топлив уголь содержит мало водорода, поэтому его вдувание оказывает слабое влияние на ход восстановительных процессов. Зола угля несколько увеличивает выход шлака, что снижает экономию кокса при вдувании его в печь. Важным ограничением по использованию углей для подачи в горн доменной печи является их сернистость.

Угольно-мазутная суспензия сочетает в себе положительные свойства мазута и угольной пыли как заменителей кокса в доменной плавке. Подача суспензии в горн доменной печи устраняет абразивное действие угольной пыли и облегчает подачу топлива по трубам при помощи мазутных насосов. Для этого суспензия нагревается с целью снижения вязкости.

В заключение необходимо подчеркнуть, что угольная пыль, газообразные и жидкие виды топлива хотя и экономят кокс, но не могут заменить его полностью, поскольку они не могут выполнять третью функцию доменного топлива – функцию разрыхлителя шихты, т.е. создание своеобразной насадки, обеспечивающей противоточное движение жидких потоков чугуна и шлака и газового потока в зоне высоких температур доменной печи.

Дата добавления: 2015-07-21