1.4.4. Эффективность регулирования расхода дутья и природного газа по фурмам

Односторонний подвод дутья в кольцевой воздухопровод и неравномерная газопроницаемость шихты над фурменными очагами вызывают соответствующую неравномерность в распределении дутья между отдельными фурмами. Это различие достигает 30-60% и в значительной мере способствует такому же неравномерному распределению природного газа и других добавок к дутью. Поскольку от количества дутья и природного газа зависит теоретическая температура горения углерода у фурм и температурное поле по высоте печи, постольку их неравномерное распределение по отдельным фурмам вызывает неравномерность газодинамических условий по окружности печи. Это снижает показатели работы печей и если не принимаются должные меры к выравниванию расхода дутья и природного газа по фурмам, то возникает перекос поверхности засыпи или локальный разгар кладки шахты. Как правило, более быстрый сход материалов и даже разгар кладки наблюдаются в районе интенсивно (с большим расходом дутья) работающих фурм.

Расход дутья через воздушные фурмы во многом зависит от их выходного сечения. В условиях образования газового факела в прифурменной области, справедливо неравенство [62]

(1.149)

(1.150)

где G_д – массовый расход дутья через фурму (), кг/с; D_ф – диаметр фурмы, м; P_д – давление дутья, кН/м; Т_д – температура дутья, К; с – эмпирический коэффициент (~0,1); V₀ – скорость истечения дутья из фурм, м/с; ρ_д – плотность дутья, кг/м³; l_ф – длина свободного факела, м.

Таким образом, изменяя площадь выходного сечения фурмы регулируют количество проходящего через нее дутья и длину свободного факела. Можно с достаточной точностью определить длину циркуляционной зоны кокса L_ц = W₀/ и ее высоту В_ц = 0,5μW₀/, где L_ц и В_ц – соответственно длина и высота циркуляционной зоны, м; μ – коэффициент внутреннего трения кусков слоя; W₀ – скорость дутья на выходе из фурмы, м/с; - коэффициент, характеризующий свойства слоя и равен , где ρ_сл, ρ_г – плотность кусков слоя и газа, кг/м³; d_э, D_ф – диаметры эквивалентного куска и фурмы, м; ε – порозность слоя, м³/м³; W_кр – скорость газа, при которой достигается псевдоожижение, м/с; g – ускорение силы тяжести в точке измерения, м/с².

В результате автоматического распределения дутья по фурмам с использованием в системе формул (1.149) и (1.150) удельный расход кокса снизился на 1,5-2,0% и значительно стабилизировался состав выплавляемого чугуна. Однако существуют трудности, из-за низкой стойкости регулирующих дроссельных заслонок, шиберов и недостаточной точности измерительных устройств. Кроме того, при загрузке шихтовые материалы неравномерно распределяются по окружности печи, что приводит к такой же неравномерности газопроницаемости, при исправлении которой распределением дутья снизу приходится значительно прикрывать дроссельные заслонки на нормально работающих фурмах, чтобы увеличить до нормы количество воздуха на «слабо» работающих фурмах. Давление дутья при этом значительно возрастает и снижается КПД воздуходувных машин. Если при этом не ограничивается какое-то максимально возможное увеличение давления, при котором «слабо» работающая фурма отключается из системы автоматического распределения дутья (САРД), то в воздуходувной машине происходит обратный сброс воздуха (помпаж). Кроме того, в фурменные очаги кокс поступает дискретно. Мелкие кусочки концентрируются преимущественно над зоной циркуляции, т.е. от прочности кокса зависит проницаемость надфурменной области. Это может также служить причиной неравномерного распределения дутья по фурмам.

Даже при идеальной окружной равномерности в распределении материалов, сопротивляемость прифурменных зон будет неодинаковая. Представляется более рациональным в качестве регулируемого параметра управления газодинамической и тепловой работой отдельных фурм использовать интенсивность газификации углерода кокса (I, кг/с) [63]

(1.151)

где δ – объемная доля кислорода в дутье; W – влажность дутья, кг/нм³; m, n – число атомов соответственно углерода и водорода в элементарной формуле (C_mH_n) углеродсодержащей топливной добавки; G_m – расход дополнительного топлива через фурму, кг/с.

Из формулы (1.151) видно, что расходы дутья и дополнительного топлива взаимосвязаны. Если распределение дутья будет неравномерным, то для содержания одинаковой интенсивности газификации углерода у фурм, распределение дополнительного топлива также будет неравномерным, согласно зависимости

(1.152)

где G_m0, G_д0 – средние расходы дополнительного топлива и воздуха по фурмам, кг/с.

Теоретическая температура при увеличении расхода воздуха через фурму на 1,0% увеличивается на 0,13% при постоянном расходе природного газа и уменьшается на 0,86% при переменном расходе природного газа. Несмотря на это в указанном случае, т.е. при автоматическом регулировании интенсивности газификации углерода кокса, t_m отдельных фурменных зон, объем горновых газов и их теплосодержание распределяются по окружности горна более равномерно. Промышленное апробирование на Алчевском МК такой системы позволило увеличить на 3,0-3,5% количество вдуваемого воздуха. Расход кокса при этом снизился, а производительность печи возросла.

На всех доменных печах с комбинированным дутьем установлены системы автоматического распределения природного газа по фурмам. Это позволило снизить неравномерность распределения природного газа по фурмам с 130-150% до 105-115%, расход кокса при этом снизился на 2,0-3,5%. Система работает надежно. Если обеспечить такую же надежную работу регулирующих органов САРД, то общее снижение расхода кокса снизится на 3,5-5,0%. При этом параллельно необходимо увеличивать равномерность окружного распределения шихтовых материалов. Следует напомнить, что применение в загрузочном устройстве быстровращающейся распределительной воронки на МК им. Ильича и на Днепропетровском металлургическом заводе, обеспечивающей практически равномерное окружное распределение шихты в каждой подаче, позволило снизить расход кокса на 6-7%. При этом распределение природного газа по фурмам было, практически также одинаково (неравномерность, составила 5-6%).

Следовательно, автоматическое распределение дутья и топливных добавок к нему по отдельным фурмам является весьма перспективным и позволит оптимизировать газодинамику нижней зоны доменной печи и значительно снизить расход кокса.