Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДАЧИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к доменному производству, и может быть использовано при выплавке чугуна в доменных печах как с вдуванием отдельно взятого природного газа, так и при комбинированном его вдувании с любым видом топливно-энергетических добавок в воздушные фурмы.

Известен способ подачи природного газа, включающий подогрев природного газа путем подачи его в качестве охлаждающей среды для охлаждения элементов фурменного прибора посредством обводного соединительного патрубка, расположенного между фурменным прибором и коллектором подачи природного газа, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды природный газ подают при давлении 3-12 кг/см² с расходом 1000 м³/ч, а в момент раздувки и остановки доменной печи при разгерметизации элементов фурменного прибора в качестве охлаждающей среды подают азот при давлении 3-12 кг/см² с расходом 50-800 м³/ч (патент РФ №2377313, C21B 7/16, 06.05.2008).

Известен способ подачи природного газа в доменную печь, выбранный в качестве прототипа, включающий его предварительный подогрев до ввода в воздушную фурму, ввод в поток горячего дутья и подачу в печь, отличающийся тем, что подогрев осуществляют путем использования природного газа в качестве охлаждающей среды для охлаждения элементов фурменного прибора, причем подогрев природного газа осуществляют ступенчато, последовательно пропуская его через охлаждающие полости охлаждаемых элементов фурменного прибора и подогревая газ на каждой ступени на 50-150°С (патент РФ №2294377, C21B 5/00, 03.10.2005).

Известные способы не обеспечивают максимальной эффективности применения природного газа в доменной печи, так как отсутствует возможность оперативного контроля и регулировки температуры природного газа перед вводом его в поток горячего дутья и доменную печь. Различная температура природного газа вызывает развитие расстройств хода печи за счет нарушения окружного распределения газа по фурмам и развитие газодинамических отдушин (каналов) в районах с перегретым природным газом. Кроме того, температура природного газа в изложенных способах напрямую зависит от состояния элементов фурменного прибора и является нестабильной по окружности печи.

Техническим результатом изобретения являются:

- регулирование теоретической температуры горения в фурменном очаге;

- оптимизация газодинамического режима доменной плавки;

- предотвращение неконтролируемого пиролиза природного газа;

- повышение производительности доменной печи.

Технический результат достигается тем, что в известном способе подачи природного газа в доменную печь, включающем предварительный подогрев природного газа до ввода в воздушную фурму, путем использования природного газа в качестве охлаждающей среды для охлаждения элементов фурменного прибора, согласно изобретению осуществляют смешивание подогретого природного газа с холодным природным газом, полученную смесь природных газов вводят в поток горячего дутья воздушной фурмы, при этом регулируют температуру подаваемой смеси природных газов в интервале 10-500°С изменением расхода холодного природного газа в интервале 50-500 м³/час.

Сущность изобретения заключается в следующем. При пропускании через охлаждающие полости элементов фурменного прибора природный газ нагревается до температуры, которая определяется состоянием элементов фурменных приборов и имеет различное значение по каждому из фурменных приборов, установленных на доменной печи, вызывая окружную неравномерность распределения тепла в доменной печи. Для решения этой проблемы в тракт подачи природного газа включен обводной патрубок холодного природного газа, который врезан в смесительный узел с целью регулирования температуры природного газа перед вводом его в поток горячего дутья и доменную печь, за счет смешивания горячего и холодного природного газа. Регулировка температуры осуществляется на основании показаний измерительного устройства за счет изменения расхода холодного природного газа, подаваемого через обводной патрубок. Образование смеси горячего и холодного природных газов с заданной температурой в интервале 10-500°С перед вводом в поток горячего дутья и печь позволяет оптимизировать газодинамический режим доменной плавки, регулировать теоретическую температуру горения в фурменном очаге, повысить производительность доменной печи и предотвратить неконтролируемый пиролиз природного газа.

В конструкции предусмотрено также альтернативное охлаждение технической водой, подаваемой по обводным патрубкам, врезанным в тракт подачи природного газа, что конструктивно решает проблему необходимости оперативного изменения охлаждающих сред, при отсутствии возможности охлаждения элементов фурменного прибора природным газом в момент прогара воздушной фурмы, остановок и раздувок доменной печи. Способ предусматривает также полную автоматизацию процесса смешивания и контроля температуры с выводом информации в АСУ ТП (автоматизированная система управления технологией производства) доменной печи.

Заявленные пределы получены эмпирическим путем.

Расход холодного природного газа ниже 50 м³/час не оказывает существенного влияния на температуру смеси природных газов, а при расходе свыше 500 м³/час снижает температуру смеси до исходной.

Температура смеси природных газов ниже 10°С не оказывает существенного влияние на теоретическую температуру горения, а при достижении температуры более 500°С может привести к неконтролируемому пиролизу природного газа, а также может повлечь превышение теоретической температуры горения выше 2150°С, что является неблагоприятным фактором для газодинамического режима доменного процесса.

Реализация способа подачи природного газа показана на Фиг.1. В коллектор подачи природного газа [1] включен обводной патрубок природного газа [2], который врезан в смесительный узел [3] с целью регулирования температуры природного газа перед вводом его в поток горячего дутья и доменную печь за счет смешивания горячего и холодного природного газа. Регулировка температуры осуществляется на основании показаний измерительного устройства [4] за счет изменения расхода холодного природного газа, подаваемого через обводной патрубок. Альтернативное охлаждение обеспечивается технической водой, подаваемой по обводным патрубкам [5, 6], врезанным в тракт подачи природного газа, что конструктивно решает проблему необходимости оперативного изменения охлаждающих сред, при отсутствии возможности охлаждения элементов фурменного прибора природным газом в момент прогара воздушной фурмы, остановок и раздувок доменной печи. Способ предусматривает также полную автоматизацию процесса смешивания и контроля температуры с выводом информации в АСУ ТП доменной печи.

Пример

В ходе проведения эксперимента установлено, что при подаче в смесительные узлы двадцати фурменных приборов доменной печи №2 горячего природного газа с различными температурами в интервале 290-530°С и холодного природного газа с температурой 10°С, изменением расхода холодного природного газа в интервале 50-150 м³/час на каждый фурменный прибор установлена смесь природных газов с постоянной температурой 300°С по каждому фурменному прибору, что обеспечило стабилизацию теоретической температуры горения на уровне 2080°С по окружности печи. Работа в течение 15 суток на указанных параметрах привела к стабилизации теоретической температуры горения в районе 2080°С и оптимизации газодинамического режима, что подтверждается увеличением расхода горячего дутья на 250 м³/час, снижению расхода кокса на 1,5 кг/т чугуна и увеличению производительности доменной печи на 136 т/сут, при этом в случаях работы отдельных воздушных фурм со шлаком сокращали расход природного газа на них до 40-45% и задействовали систему резервного охлаждения, это привело к снижению горения воздушных фурм на 100% на период проведения эксперимента.

Результаты испытаний, проведенных на доменной печи №2 доменного цеха ОАО «ММК», показывают исключительную эффективность изобретения, которое позволяет максимально оптимизировать тепловые процессы в фурменных очагах, создать эффективную газодинамическую структуру доменного процесса, решить проблему регулировки теоретической температуры горения как по окружности печи, так и отдельно по каждому фурменному прибору на каждом этапе технологического процесса.

Во время проведения эксперимента установлено, что подача холодного природного газа для стабилизации температуры смеси приводит к значительному снижению горения воздушных фурм, сокращению времени раздувок доменной печи относительно известных аналогов.