Особенности установок для вдувания пылеугольного и других видов топлива
В настоящее время в доменном производстве широкое распространение получило применение дополнительного топлива (природного газа, мазута, пылеугольного топлива и др.) в качестве заменителей дорогостоящего кокса.Широкое распространение в СССР и США получило вдувание природного газа.
Строительство газопроводов, газопонизительных станций и систем для распределения газа по фурмам (приспособление для вдувания газа в металлургическую печь или ковш) не представляло трудностей и не требовало значительных капитальных вложений.
Использование жидкого топлива, в основном нефти и мазута, становится более сложной задачей, для решения которой необходимо строительство хранилищ, насосных станций, устройств для подогрева топлива, вспомогательных помещений и т. п.
Однако экономическая эффективность вдувания жидкого топлива в ряде стран способствует его быстрому промышленному внедрению.
Еще большие капитальные вложения требуются для сооружения установок для вдувания пылеугольного топлива.
Пылеугольное топливо (ПУТ) - уголь, предварительно измельченного в тончайший порошок (пыль).Применяется в качестве самостоятельного топлива или добавок в паровых котлах, металлургических печах или других тепловых агрегатах.
Основное преимущество - относительно низкая стоимость.
Стоимость установок для вдувания пылеугольного топлива в 5-7 раз превышает стоимость подобных установок для жидкого и газообразного топлива.
Основная часть капиталовложений (до 70%) расходуется на строительство отделений для приготовления угольной пыли.
Создание централизованных фабрик по приготовлению угольной пыли для обслуживания группы заводов будет способствовать значительному снижению затрат на капитальное строительство.
Эффективность применения дополнительного топлива определяется количеством вдуваемого топлива, коэффициентом замены кокса, стоимостью дополнительного топлива, капитальными и эксплуатационными расходами, связанными с его вдуванием.
О перспективности пылеугольного топлива свидетельствует тот факт, что мировые запасы угля соответствуют 250 годам его потребления на современном уровне, а запасы нефти - всего 35 годам.
По мере повышения потребности доменных печей в дополнительном топливе, что станет неизбежным при повышении температуры дутья и обогащении его кислородом, а также по мере повышения дефицитности нефти и природного газа преимущества пылеугольного топлива будут становиться все более значительными.
Установки для вдувания угольной пыли состоят, как правило, из 2 отделений:
1) отделения для приготовления и сушки угольной пыли;
2) распределительно-дозировочного отделения для дозированной подачи и распределения угольной пыли по фурмам.
Отделение для приготовления угольной пыли должно обеспечить:
- заданную производительность;
- требуемые фракционный состав и влажность пыли;
- надежную и безопасную работу оборудования в течение длительного периода времени;
- простоту его обслуживания и максимальную автоматизацию производства.
Угольную пыль целесообразно транспортировать сжатым воздухом, а на расстоянии свыше 1000 м - специальными автомашинами или железнодорожными цистернами.
Распределительно-дозировочное отделение должно обеспечивать:
а) надежную работу оборудования в течение длительного периода времени;
б) безопасную работу оборудования и простоту его обслуживания;
в) надежный транспорт угольной пыли в доменную печь с минимальным расходом транспортирующего агента;
г) непрерывную во времени, равномерную и регулируемую подачу угольной пыли как через все, так и через отдельные фурмы доменной печи;
д) полное сгорание угольной пыли в горне доменной печи.
Конструкции установок для вдувания угольной пыли в доменные печи отличаются:
- узлами для приготовления угля;
- средствами доставки приготовленного топлива к распределительно-дозировочным отделениям;
- дозирующими и распределительными устройствами.
Установки для приготовления и вдувания пылеугольного топлива, разработанные за рубежом
В настоящее время наибольшее распространение за рубежом получила установка для приготовления и пневматической подачи пылеугольного топлива в доменную печь, разработанная фирмой Петрокарб . Впервые подобная установка (без устройства для сушки угля) была опробована на доменной печи объемом 465 м3 завода фирмы Ханна Фурнасэ Корп. в Буффало (США), а затем создана и промышленная установка в Стентоне (Англия).
Риcунок 1. Схема установки для приготовления и пневматической подачи пылеугольного топлива в горн доменной печи (фирма Петрокарб, США):
1 - воздуходувка; 2 - воздухоподогреватель; 3 - сушилка; 4 - дробилка; 5 - питатель; 6 - бункер сырого угля; 7- ковшовый элеватор; 8, 15 - циклоны; 9, 12 - грохоты; 10, 16 - бункеры подготовительного топлива; 11 - весовой питатель; 13, 18 - резервуары-питатели; 14, 19 - пылепровод; 17 - промежуточный резервуар; 20 - фурма.
На рис. 1 показана установка для приготовления и пневматической подачи пылеугольлого топлива в горн доменной печи.
Особенностями этой установки являются индивидуальная подача угольной пыли к фурмам доменной печи из резервуара-питателя 18, пневматический способ дозирования угольной пыли, равные гидравлические сопротивления трасс, подводящих угольную пыль к фурмам.
Распределительно-дозировочное отделение оборудовано устройствами для взвешивания угольной пыли в промежуточном резервуаре 17, регуляторами расхода воздуха и угольной пыли на каждую фурму доменной печи.
Расход пыли на каждую фурму автоматически регулируется изменением расхода воздуха и перепадом давления между резервуаром и коллектором горячего дутья доменной печи в пределах от 2,2 до 7,3 кг/мин.
Для равномерного распределения угольной пыли по фурмам пылепроводы подвергали калибровке и добивались одинакового расхода угля по каждому трубопроводу с отклонением до ±5% . Установка становится более рациональной при использовании ее для двух доменных печей, расположенных рядом.
При этом каждая камера-питатель работает на одну доменную печь.
Простота конструкции распределительно-дозировочной установки и высокая надежность ее работы способствовали широкому распространению данной системы за рубежом.
Пневматическая система фирмы Петрокарб получила широкое распространение в США и Англии.
Во Франции вдувание угля осуществлено по схеме, приближающейся к схеме фирмы Петрокарб. В США и Англии вдувал и уголь крупностью до 3 мм и влажностью до 3%, а во Франции использовали угольную пыль крупностью до 50 мкм.
Рисунок 2. Схема установки для подготовки и пневматической подачи угольной пыли в доменную печь (фирма Бабкок-Вилькоко, США): 1-вентилятор рециркуляции воздуха; 2 - дробилка; 3 - тройник для подвода нагретого воздуха; 4 - резервуар; 5 - турбовоздуходувка; 6 - подогреватель воздуха; 7 - верхний бункер сырого угля; 8 - элеватор; 9 - циклонный келлектор рециркуляции; 10 - мокрый скруббер; 11 - циркуляционный трубопровод; 12 - циклон; 13 - коллектор воздуха для пневмо-подачи угля в печь; 14 - доменная печь; 15 - магистральный трубопровод для подачи угля к печи; 16 - транспортер подачи сырого угля; 17 - воздухопровод горячего дутья; 18 - нижний бункер сырого угля; 19 - фурма.
На рис. 2 изображена установка для подготовки и пневматической подачи угольной пыли 6 доменную печь, разработанная фирмой Бабкок-Вилькокс (США).
Она отличается от установок фирмы Петрокарб компактностью и конструктивным выполнением отделения приготовления угольной пыли и распределительно-дозировочного отделения.
Уголь размером менее 38 мм и влажностью 6% доставляется в вагонах, разгружается в нижний бункер 18 сырого угля, из которого элеватором 8 поднимается в верхний бункер 7 сырого угля.
Из бункера через конусные питатели и затворы уголь поступает в резервуары замкнутой системы подачи угольной пыли в доменную печь, в которых осуществляется предварительная подсушка топлива.
Уголь из нижнего резервуара 4 подается в дробилку 2, где подвергается измельчению и окончательной сушке нагретым воздухом, который нагнетается в дробилку 2 вентилятором.
Бункер готовой пыли, перепускная камера и резервуар-питатель распределительно-дозировочного отделения заменены циклонами 12 с бункерами, размещенными возле доменной печи.
Из бункера циклона уголь непрерывно вдувается в фурму 19 воздухом, нагретым до 100°С, который подается из коллектора 13.
Установка оборудована устройством, позволяющим равномерно распределять уголь по фурмам: расход топлива по отдельным фурмам отличается не более чем на ±3%.
Усовершенствованная установка этой же фирмы получила промышленное внедрение в Ашленде (США), где:
а) устранен рециркуляционный трубопровод и весь транспортирующий агент из циклона 12 выбрасывается в атмосферу, предварительно пройдя очистку в мокром скруббере 10;
б) в качестве транспортирующего агента вместо нагретого до 100° С воздуха используется инертный газ (содержание кислорода в нем поддерживается в количестве 2-5%);
в) применены специальные распределительные устройства - «дистрибуторы» - для деления пылеугольного потока на 8 фурм. Один из двух «дистрибуторов» распределяет угольную пыль на четные, а другой- на нечетные фурмы;
г) имеются устройства для автоматической продувки пылепроводов в случае их закупорки углем и прекращения подачи угольной пыли в фурмы при нарушении работы инжекторов.
На установке завода в Ашленде производится измельчение угля до 75 мкм и вдувание его в подсушенном виде.
Подсушка угля снижает возможность образования пробок в транспортных трубопроводах и позволяет вдувать большее количество угля при неизменной температуре дутья.
Хорошо измельченный и подсушенный уголь меньше изнашивает трубопроводы и, обеспечивая получение гомогенной угле-воздушной смеси, позволяет достичь с помощью специальных делителей бутылеобразного типа высокой точности распределения угля по фурмам.
В 1972 г. на заводе в Ашленде была построена промышленная установка для приготовления и вдувания угольной пыли в доменную печь «Аманда» полезным объемом 2240 м3.
Установка рассчитана на производство 680 т. угольной пыли в сутки и замену углем 30% кокса.
Большинство других зарубежных установок для вдувания угля принципиально мало отличаются от описанных выше типов.
