Удосконалення технології нагріву дуття у доменних повітронагрівниках з метою енергозбереження

 , (10)

 , (11)

  (12)

де Спв – вартість одиниці поверхні нагріву повітронагрівника, грн/м2;  – коефіцієнт тепловіддачі у насадці, КДж/м2цикл К.

Використовуючи результати розрахунків повітронагрівників з різною поверхнею нагріву, побудували графічну залежність розглянутих витрат від цієї поверхні. Запропоновано графоаналітичний метод визначення оптимальної поверхні нагріву. При цьому розходження двох методів не перевищує 2, 8%.

Розрахунки показали, що питома оптимальна поверхня нагріву на 40-50% менше існуючої (24 проти 34-38 м2/м3дутья/хв). Оптимальній поверхні нагріву відповідає середнє значення температур 370-400С на виході з насадки при максимальному значенні 650-700С, що для існуючих конструкцій повітронагрівників є неможливим. У зв'язку з цим, а також з «розмитістю» оптимуму, запропоновано збільшити значення раціональної поверхні нагріву до 29-31 м2/м3дутья/хв. При цьому середня температура димових газів на виході з насадки знизиться до 300-320С. Це дасть змогу не тільки збільшити стійкість піднасадочного пристрою, але й використати теплоту димових газів для нагріву компонентів горіння.

 

З метою економії природного газу запропоновано новий спосіб опалення повітронагрівників природнодоменною сумішшю. При цьому природний і доменний газ подають на кожний повітронагрівник роздільно, а температуру під куполом регулюють не за допомогою надлишкового повітря, а зміною витрати природного газу. Це призводить до зменшення витрат природного газу, а скорочена його витрата замінюється еквівалентною кількістю доменного газу при постійній витраті повітря горіння.

Розрахунки показали, що при цьому витрата доменного газу збільшується на 38-40%, що дозволяє підвищити температуру дуття на 30-34С за рахунок зростання коефіцієнтів тепловіддачі конвекцією у насадці, а економія природного газу може досягати 34%. Впровадження цієї системи на доменній печі металургійного заводу ім. Петровського, де використовується регулювання температури під куполом зміною витрат природного газу, призвело до економії 24-28% природного газу без зниження температури дуття. На МК ім. Ілліча виконано робоче проектування цього способу нагріву для умов повітронагрівників доменної печі № 2.

Розглянуто та проаналізовано 7 варіантів забезпечення температури 1300-1400С під куполом високотемпературних повітронагрівників при опалюванні їх тільки доменним газом: використання технологічного кисню для збагачення повітря горіння; нагрів компонентів горіння до однакової температури; використання частки гарячого дуття для збільшення температури повітря горіння; нагрів доменного газу у теплообмінниках з проміжним теплоносієм; нагрів повітря у рекуператорі, який розміщено у нижній частині насадки; нагрів повітря в автономних регенераторах; використання повітронагрівників зупинених доменних печей для нагріву повітря. Існуючий спосіб використання природнодоменної суміші прийнято як базовий для порівняння з запропонованими варіантами.

Вибір кращого варіанту здійснювали, використовуючи розрахункові значення мінімуму цільової функції (З), яка включає експлуатаційні витрати на паливо та окислювач (Е), інвестиції для впровадження заходів (ІПВ) та зміна суми виплат підприємства за викиди шкідливих речовин (NOx, CO) у довкілля ( ).

 . (13)

Для кожного варіанта розрахували також вартість нагріву 1000 м3 дуття.

При використанні технологічного кисню для забезпечення температури під куполом 1300С необхідно збагачувати ним повітря до 25-27% О2. У зв'зку з тим, що зменшується вихід продуктів горіння, необхідно спалювати додатково 6-8% доменного газу. Більшість доменних печей обладнано подачою кисню до повітродувок. В останні роки значно зменшилось споживання кисню для технологічних потреб і є запаси потужності кисневих блоків. Крім цього, з-за нераціонального використання кисню мають місце його викиди в атмосферу. Запропоновано централізовану та індивідуальну схеми подачі кисню у пальники повітронагрівників, а також варіант використання холодного дуття збагаченого киснем.

Для забезпечення температури під куполом 1300С (1400С) можна нагрівати газ та повітря до температури 150-160 (330-340С). Так як середня температура димових газів у борові складає 250-280С, то у деяких випадках її необхідно збільшувати за рахунок спалення додаткової кількості доменного газу. Для нагріву компонентів горіння розроблена нова децентралізована система теплообмінників з проміжним теплоносієм, яка має переваги у порівнянні з відомою централізованою системою (Японія, Голландія). Укрдіпромез виконав робоче проектування розроблених теплообмінників для умов МК «Запоріжсталь».

Для забезпечення температур під куполом 1300С можна використовувати частку гарячого дуття. Для цього необхідно додатково нагрівати у повітронагрівниках 13-15% дуття, що не завжди можливо ібо недостатня потужність повітродувок.

Значення параметрів теплообміну у нижній частині насадки у 1, 4-1, 5 разів менше, ніж у решті насадки і біля 30% її висоти використовується для охолодження продуктів горіння. Розроблена нова конструкція повітронагрівника, у якій нижню частину насадки виконано у вигляді рекуператора типу «термоблок» для нагріву повітря горіння до 300-320С, що дозволяє повністю виключити природний газ (tкуп = 1300С).

Температура під куполом 1400С вимагає нагрів повітря горіння до 750С. Розроблено нову конструкцію повітронагрівників з внутрішнею камерою спалення, у нижній частині якої розташовано автономний регенератор. Ця частина камери спалення раніше заповнювалась битою цеглою. Така конструкція повітронагрівників є компактною і її капітальні витрати незначні. Одним із цих варіантів є використання повітронагрівників зупинених доменних печей. У сучасний момент біля 25% доменних печей виведено з експлуатації і більшість повітронагрівників можна використати для нагріву повітря горіння, що дасть змогу повністю виключити природний газ.

Техніко-економічний аналіз розглянутих варіантів опалення повітронагрівників показав, що для температури нагріву дуття до 1150С мінімальні значення