PL183586B1

PL183586B1 - Sposób podnoszenia temperatury dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych

Info

Publication number: PL183586B1
Application number: PL98325939A
Authority: PL
Inventors: Ryszard Łuczyński; Jacek Woliński; Stanisław Słupek; Andrzej Łędzki; Czesław Balak; Wiesław Kaszewski; Jerzy Kućmierz; Remigiusz Bróg; Stanisław Skupień; Augustyn Topolski; Andrzej Buczek; Ireneusz Marzuchowski; Andrzej Dąbroś
Original assignee: Huta Imtadeusza Sendzimira Sa
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2002-06-28
Also published as: PL325939A1

Abstract

1. S]^c^;^<ób podnoszenia temperatuir/ dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych, znamienny tym, że powietrze spalania przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) podgrzewa się w wymiennikach ciepła (3) zasilanych parą technologiczną, wykorzystując efekt cieplny skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną i/lub powietrze spalaniamieszasięwwkolektorze (6) z gorącym dmuchem wydzielonym z ogólnej ilości gorącego dmuchu wielkopiecowego produkowanego przez nagrzewnice, natomiast gaz doprowadzanyjest odrębnymi rurociągami (4) bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób podnoszenia temperatury dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych przez zastosowanie systemu podgrzewania powietrza lub powietrza i gazu do opalania nagrzewnic.

Obecnie wysokie temperatury podgrzania dmuchu wielkopiecowego w nagrzewnicach uzyskuje się za pomocą opalania nagrzewnic mieszanką gazu wielkopiecowego i gazu bogatego (gazu koksowniczego lub gazu ziemnego). Stosowanie gazu ziemnego do opalania nagrzewnic jest nieekonomiczne, natomiast w warunkach niektórych hut występuje niedobór gazu koksowniczego przy pewnym nadmiarze gazu wielkopiecowego. Niska wartość opałowa gazu wielkopiecowego oraz warunki technologiczne prowadzenia wielkich pieców bez gazu ziemnego i tlenu nie pozwalają uzyskiwać wyższej temperatury dmuchu niż 900-940°C. Taka niska temperatura dmuchu powoduje, że osiągany jednostkowy wskaźnik zużycia koksu jest duży. Zastosowanie wdmuchiwania pyłu węglowego jako paliwa zastępczego do wielkich pieców wpływa na obniżenie temperatury płomienia, co powinno zostać zrekompensowane podwyższeniem temperatury dmuchu.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 83 867 sposób otrzymywania gorącego gazu redukcyjnego z zastosowaniem małej ilości tlenu. Nagrzane powietrze z nagrzewnic dzieli się za pomocą przepustnic na powietrze do zgazowania koksu w wielkim piecu i na powietrze do zgazowania paliwa stałego lub ciekłego z dodatkiem pary wodnej i tlenu w generatorze. Paliwo i gorący dmuch mieszają się w dyszy zlokalizowanej w górnej części generatora. Otrzymany gaz przepływa w dół, gdzie gromadzi się płynny żużel z popiołu paliwa, a gaz o temperaturze 16O0-l8OO°C z pewną zawartością koksiku i sadzy przepływa do mieszalnika, w którym koksik i ewentualnie sadza reaguje z gazem gardzielowym. W efekcie temperatura gazu obniża się do 1000-1300°C, a otrzymany gaz przepływa przez okrężnicę do szybu wielkiego pieca.

183 586

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 170 038 sposób uzyskania wysokich temperatur dmuchu w nagrzewnicy wielkopiecowej, polegający na tlenowo-paliwowym wzbogacaniu substratów spalania, który charakteryzuje się tym, że wykorzystuje się wzajemną zmienność między paliwem bogatym i tlenem technicznym w instalacji opalania nagrzewnic wielkopiecowych. Ilość gazu bogatego i tlenu technicznego reguluje się w zależności od wartości opałowej gazu wielkopiecowego i zadanej temperatury dmuchu wielkopiecowego.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 170 086 sposób zmniejszania zużycia koksu w wielkim piecu przy zastosowaniu tlenu technicznego w nagrzewnicach dmuchu, charakteryzujący się tym, że paliwo bogate używane do wzbogacenia gazu wielkopiecowego w nagrzewnicach zastępuje się w całości lub w części przez dodatek tlenu technicznego do powietrza spalania. Zwolnione z nagrzewnic paliwo bogate wprowadza się do dysz wielkiego pieca jako paliwo zastępcze w procesie wielkopiecowym.

Znany jest sposób zastosowania autonomicznego podgrzewacza substratów spalania dla nagrzewnic dmuchu - sprawozdanie z pracy Rady Naukowo-Konsultacyjnej Kombinatu Huta Katowice - styczeń 1980 r. Podgrzewacz umieszczony jest przed nagrzewnicami i oddzielnie opalany gazem wielkopiecowym do podgrzania powietrza atmosferycznego.

Sposób według wynalazku, charakteryzuje się tym, że powietrze spalania przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych podgrzewa się w wymiennikach ciepła zasilanych odpadową para technologiczną wykorzystując efekt cieplny skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną i/lub miesza się w kolektorze z gorącym dmuchem wydzielonym z ogólnej ilości gorącego dmuchu wielkopiecowego produkowanego przez nagrzewnice. Gaz natomiast doprowadzany jest odrębnymi rurociągami bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych.

W korzystnym przykładzie wykonania sposobu według wynalazku, gaz przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych podgrzewany jest w wymiennikach ciepła zasilanych parą technologiczną.

W innym korzystnym przykładzie wykonania jako gaz do opalania zespołu nagrzewnic wielkopiecowych stosuje się gorący gaz gardzielowy oczyszczony metodą suchą.

W rozwiązaniu alternatywnym sposób podnoszenia temperatury dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych, charakteryzuje się tym, że gaz przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych podgrzewa się w wymiennikach ciepła zasilanych parą technologiczną, wykorzystując efekt cieplny skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną i/lub jako gaz do opalania zespołu nagrzewnic wielkopiecowych stosuje się również gorący gaz gardzielowy oczyszczony metodą suchą. Powietrze spalania natomiast, odrębnymi rurociągami doprowadzane jest bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych.

Zaletą wynalazku jest wykorzystanie nadwyżek pary technologicznej ze źródeł wtórnych, które nie są zagospodarowane i są zrzucane do atmosfery, jak również stworzenie korzystniejszych warunków dla procesu wdmuchiwania pyłu węglowego do wielkich pieców. Sposób według wynalazku umożliwi obniżenie kosztów własnych poprzez zmniejszenie zużycia drogich substratów spalania w nagrzewnicach wielkopiecowych i obniżenie jednostkowego zużycia koksu.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest schematycznie w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu do podnoszenia temperatury dmuchu wielkopiecowego z zastosowaniem wymienników ciepła i kolektora ssącego powietrza, fig. 2 - schemat układu z zastosowaniem kolektora ssącego powietrza, fig. 3 - schemat układu z zastosowaniem wymienników ciepła, fig. 4 - schemat układu z zastosowaniem gazu gardzielowego, fig. 5 - wykres wpływu temperatury powietrza spalania na temperaturę gorącego dmuchu za nagrzewnicą fig. 6 - wykres zależności ilości gorącego dmuchu do podgrzewania powietrza spalania od temperatury powietrza spalania.

Przykład I

Powietrze z atmosfery i gaz odrębnymi rurociągami wprowadza się do wymienników ciepła 3 zasilanych parą technologiczną o ciśnieniu pary wodnej 0,6 MPa i temperaturze 180°C.

183 586

W wymiennikach ciepła 3 powietrze i gaz są wstępnie podgrzewane do temperatury 140°C, wykorzystując efekty cieplne skraplania pary wodnej orazjej entalpię fizyczną. Następnie podgrzany wstępnie gaz kieruje się przewodami 4 do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2. Podgrzane wstępnie powietrze natomiast przepływa do kolektora ssącego powietrza 6, do którego przewodami 5 doprowadzanajest część gorącego dmuchu z nagrzewnic o temperaturze 1000°C. W kolektorze 6 następuje wymieszanie zasysanego powietrza z wymienników ciepła 3 z gorącym dmuchem w takiej proporcji, aby uzyskać założoną temperaturę powietrza spalania w nagrzewnicach. Ilość gorącego dmuchu dla nagrzewnic wielkopiecowych określa się z bilansu substancji i energii mieszania mediów, natomiast temperaturę dmuchu odprowadzonego z nagrzewnic 2 określa się z bilansu energii pracujących nagrzewnic przy następuj ących znanych parametrach:

tpa - temperatura pary wodnej, mp_a - natężenie przepływu pary wodnej, p_pa - ciśnienie pary wodnej, ipa - entalpia pary wodnej

- skład gazu wielkopiecowego,

X_g - stopień zwilżenia gazu,

Xp - stopień zwilżenia powietrza, tg, - temperatura gazu przed podgrzaniem, tg - temperatura gazu podgrzanego,

Vg - natężenieprzepływu gazu do opalania nagrzewnicy, tp_Z - temperatura powietrza spalania przed podgrzaniem, tp - temperatura poweetrza spalania po podgrzaniu,

Vp - natężenie przepływu poweerzaspalania (dla nadmiaru powietrza λ =1,05).

Aip - entalpia powietrza wilgotnego (stopień zawilżenia 10 g H₂O/kg powietrza suchego) w zakresie temperatury 0-140°C,

Q_w - wartość opałowa gazu, ńig - entalpia gazu wielkopiecowego w zakresie temp. 0-140°C i_H2> - entalpia wody w 100°C.

Strumień entalpii podgrzanego powietrza spalania dla nagrzewnicy wyprowadza się z wzoru nr 1:

Ip = Vp· ńip wzórnr 1 natomiast, strumień entalpii podgrzanego gazu określa się wzorem nr 2:

Ig = Vg · Aig wtór nr 2

W związku z tym strumień entalpii podgrzewanego gazu i powietrza wynosi:

Ip+g = Ip + Ig wzór nr 3

Wykorzystując parę wodną do podgrzewania powietrza spalania i gazu dla nagrzewnic trzech wielkich pieców, użyteczna moc cieplna wymienników wynosi 23670 kW. Efekt cieplny związany ze skropleniem pary wodnej i ochłodzeniu kondensatu do temperatury 100°C jest określony wzorem nr 4:

Ik= mpa (ipa-iHo) wzór nr 4

Przy założeniu pirometrycznego współczynnika spalania μ= 0,9 temperatura spalania gazu wielkopiecowego wynosi:

1140°C (1270°C temperatura kalorymetryczna) bez podgrzewania substratów spalania,

1247°C (1386°C temperatura kalorymetryczna) podgrzewając gaz wielkopiecowy i powietrze spalania do temperatury 140°C,

183 586

- 1194°C (1327°C temperatura kalorymetryczna) podgrzewając powietrze spalania do temperatury 140°C.

Z bilansu energii nagrzewnicy, dla danych:

- sprawność nagrzewnicy = 92%,

- czas nagrzewania nagrzewnicy = 6 h,

- czas podgrzewania dmuchu = 2 h,

- temperatura zimnego dmuchu = 100°C, można obliczyć średnią temperaturę podgrzanego dmuchu. Wynosi ona:

- 1036°C bez podgrzewania substratów spalania,

- 1075°C podgrzewając powietrze spalania do temperatury 140°C,

- 1119°C podgrzewając gaz wielkopiecowy i powietrze spalania do temperatury 140°. Podgrzewając substraty spalania do opalania nagrzewnicy wielkopiecowej uzyskuje się wzrost średniej temperatury gorącego dmuchu o:

- 39°C podgrzewając powietrze spalania do temperatury 140°C,

- 83°C podgrzewając gaz wielkopiecowy i powietrze spalania do temperatury 140°C. Wyznaczenie temperatury dmuchu za nagrzewnicą dla innej temperatury powietrza spalania i gazu umożliwia wykres na rysunku, fig. 5.

Ilość gorącego dmuchu konieczną do podgrzania powietrza spalania wyznacza się z bilansu substancji i energii procesu mieszania mediów według wzoru 5:

V =V +V *p ^vg ^vz wzór nr 5

V_g · + Vz· Ai_z = V_p · Ai_p gdzie:

V_g - natężenie przepływu gorącego dmuchu,

V₂ - natężenie przepływu zimnego powietrza,

Vp - natężenie przepływu powietrza spalania,

Aig - entalpia właściwa gorącego dmuchu,

Aip - entalpia właściwa powietrza spalania,

Aiz - entalpia właściwa zimnego powietrza, i przy założeniach że:

- ilość powietrza do spalania gazu ze stosunkiem nadmiaru powietrza λ = 1,05 wynosi 18918 m³/h,

- temperatura gorącego dmuchu = 1000°C, ilość gorącego dmuchu przy podgrzewaniu powietrza spalania do temperatury 200°C wynosi 3230 m3/h zgodnie ze wzorem nr 6;

Ai “ Δί_ζ

Vg = ^vp T--wzór nr 6

Δι - Δι

Wyznaczenie ilości dmuchu koniecznego do podgrzania powietrza spalania do innej temperatury umożliwia wykres na rysunku, fig. 6. Podgrzany dmuch wielkopiecowy podawany jest przewodami 5 do wielkiego pieca 1.

Przykład II

Powietrze atmosferyczne rurociągiem kieruje się do kolektora ssącego powietrza 6, do którego przewodami 5 doprowadza się część gorącego dmuchu o temperaturze 1000°C z nagrzewnic. W kolektorze 6 następuje wymieszanie zasysanego powietrza z gorącym dmuchem w takiej proporcji, aby uzyskać temperaturę powietrza spalania 200°C przed zespołem nagrzewnic wielkopiecowych 2. Otrzymaną temperaturę dmuchu za nagrzewnicami określa się

183 586 analogicznie jak w przykładzie I przy założonej temperaturze powietrza spalania 200°C. Natomiast gaz dostarczany odrębnymi przewodami 4 do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2 podgrzewa się dodatkowo w wymiennikach ciepła 3 zasilanych parą technologiczną, natomiast podgrzany dmuch wielkopiecowy podawany jest przewodami 5 do wielkiego pieca 1.

Przykład III

Powietrze z atmosfery rurociągami wprowadza się do wymienników ciepła 3 firmy „Juwent-NP” zasilanych parą odpadową. Podczas podgrzewania powietrza wykorzystuje się w wymiennikach ciepła 3 efekt skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną. Dla zabezpieczenia stabilności temperatury gorącego dmuchu do odpadowej pary technologicznej doprowadzonej do wymienników ciepła 3, dodaje się 20% pary technologicznej wyprodukowanej bezpośrednio w siłowni poprzez odpowiedni układ regulacyjny. Po otrzymaniu temperatury 140°C, powietrze przewodami 4 doprowadzane jest do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2. Gaz natomiast podawany jest bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2, a podgrzany dmuch przewodami 5 przepływa do wielkiego pieca 1. Temperaturę dmuchu za nagrzewnicami oraz ilość gorącego dmuchu dla nagrzewnic określa się analogicznie jak w przykładzie I.

P r z y k ł a d IV

Powietrze z atmosfery i gaz odrębnymi rurociągami wprowadza się do wymienników ciepła 3 zasilanych parą technologiczną o ciśnieniu pary wodnej 0,6 MPa i temperaturze 180°C. W wymiennikach ciepła 3 powietrze i gaz są wstępnie podgrzewane do temperatury 140°C wykorzystując efekty cieplne skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną. Następnie podgrzany wstępnie gaz kieruje się przewodami 4 do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2. Podgrzane wstępnie powietrze kieruje się do kolektora ssącego powietrza 6, do którego odrębnymi przewodami 5 doprowadza jest część gorącego dmuchu z nagrzewnic o temperaturze 1000°C. W kolektorze 6 następuje wymieszanie zasysanego powietrza z wymienników ciepła 3 z gorącym dmuchem w takiej proporcji, aby uzyskać założoną temperaturę powietrza spalania w nagrzewnicach. Ponadto do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych 2 rurociągami 7 doprowadzany jest gorący gaz gardzielowy oczyszczony metodą suchą z wielkich pieców 1. Ilość gorącego dmuchu dla nagrzewnic wielkopiecowych oraz temperaturę dmuchu odprowadzonego z nagrzewnic określa się analogicznie jak w przykładzie I. Podgrzany dmuch wielkopiecowy o określonej temperaturze przewodami 5 odprowadzany jest do wielkiego pieca 1.

183 586

GAZ fig. 2

183 586

fig. 3

183 586

GAZ POWIETRZE fig. 4

183 586

Średnia temperatura dmuchu za nagrzewnicą, °C

Temperatura powietrza spalania,°C fig. 5

183 586

Ilość dmuchu do podgrzewania powietrza spalania, m³/h

Temperatura powietrza spalania,5C fig. 6

183 586

GAZ POWIETRZE fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób podnoszenia temperatury dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych, znamienny tym, że powietrze spalania przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) podgrzewa się w wymiennikach ciepła (3) zasilanych parą technologiczną, wykorzystując efekt cieplny skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną i/lub powietrze spalania miesza się w w kolektorze (6) z gorącym dmuchem wydzielonym z ogólnej ilości gorącego dmuchu wielkopiecowego produkowanego przez nagrzewnice, natomiast gaz doprowadzany jest odrębnymi rurociągami (4) bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) podgrzewany jest w wymiennikach ciepła (3) zasilanych parą technologiczną.
3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że jako gaz do opalania zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) stosuje się gorący gaz gardzielowy oczyszczony metodą suchą.
4. Sposób podnoszenia temperatury dmuchu w nagrzewnicach wielkopiecowych, znamienny tym, że gaz przed skierowaniem do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) podgrzewa się w wymiennikach ciepła (3) zasilanych parą technologiczną, wykorzystując efekt cieplny skraplania pary wodnej oraz jej entalpię fizyczną i/lub jako gaz do opalania zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2) stosuje się również gorący gaz gardzielowy oczyszczony metodą suchą, natomiast powietrze spalania odrębnymi rurociągami (4) doprowadzonejest bezpośrednio do zespołu nagrzewnic wielkopiecowych (2).