Природным газом

В последние годы в доменном производстве в широком промышленном мас-

штабе применяют природный газ. Первые в мировой практике промышленные опы-

ты использования природного газа в доменном производстве относятся к октябрю

1957 г., когда на одну из доменных печей Днепропетровского металлургического

завода им. Петровского подали природный газ Шебелинского месторождения. Уже

в первые дни при расходе природного газа 70–90 м3/т чугуна расход кокса умень-

шился на 10–14%. Высокая эффективность природного газа предопределила бы-

строе его распространение на другие заводы. В 1969 г. с применением природного

газа работали 105 печей из 132.

Используя естественное давление природного газа, его подают в печь через

фурмы в зоны горения вместе с нагретым дутьем. Природный газ состоит в основ-

ном из метана СН4 (свыше 90%), остальное – более тяжелые углеводороды состава

CmHn и незначительные количества (< 1 %) СО2, N2 и др. Смешиваясь с дутьем в

фурме и в кислородной зоне, природный газ более или менее полно сгорает по реак-

циям

СН4+2О2 ® СО2+2Н2О,

СН4+1,5О2 ® СО+2Н2О,

СН4+0,5О2 ® СО+2Н2.

Реакциям горения предшествует разложение углеводородов природного газа,

протекающее с затратой тепла, например

СН4®С + 2Н2 –79,449 Мдж (19000 ккал).

За пределами кислородной зоны образовавшиеся СО2 и Н2О взаимодействуют

с углеродом кокса, превращаясь в СО и Н2

СО2 + С ® 2CO,

Н2О + С®Н2+СО.

Таким образом, вне окислительной зоны, где невозможно существование СО2

и Н2О в присутствии углерода, горение природного газа дает в конечном счете толь-

ко смесь СО и Н2. Результирующая реакция горения метана природного газа в горне

доменной печи при сухом атмосферном дутье с учетом теплового эффекта описыва-

ется уравнением

СН4+0,5О2+0,5 × 3,76N2 ®CO + 2H2 + l,88N2+38,016 Мдж (9080 ккал).

Если не учитывать кратковременности существования образующихся при го-

рении природного газа СО2 и Н2О, которые оказывают влияние только па распреде-

ление температуры в окислительной зоне и на ее объем, но не оказывают влияния на

баланс тепла в зоне горения, то реакцию в тепловом отношении можно рассматри-

вать как состоящую из двух реакций

СН4®С + 2Н2 -79,449 Мдж (19000 ккал),

С+0,5О2+0,5 × 3,76N2 ® CO+ 1,88N2+117,565 Мдж (28080ккал);

СН4+0,5О2+0,5 × 3,76N2®CO + 2H2 + l,88N2+38016 Мдж (9080 ккал).

При вдувании природного газа в горн печи в ходе доменного процесса возни-

кают изменения, вызывающие в свою очередь изменения в результатах работы печи.

По данным проф. А. Н. Рамма, эти изменения характеризуются зависимостями.

Экономия кокса при вдувании природного газа достигается за счет: 1) увели-

чения непрямого и уменьшения прямого восстановления; 2) замены части углерода

кокса углеродом природного газа и 3) уменьшения прихода серы в печь, основности

и выхода шлака вследствие уменьшения расхода кокса, вызываемого первыми дву-

мя факторами.

В последнее время для устранения понижения температуры в горне предло-

жено вдувать в доменные печи продукты разложения (конверсии) природного газа

СО и Н2, предварительно нагретые до температуры выше 1000° С. Однако прове-

денные опытные плавки с вдуванием в горн конвертированного природного газа

успеха не имели вследствие конструктивных недостатков установок для конвер-

сии природного газа и главным образом неблагоприятных изменений в ходе домен-

ного процесса.

Отрицательной стороной применения природного газа является ухудшение

газодинамических условий процесса вследствие увеличения объема горновых газов

и снижения газопроницаемости, вызванного уменьшением расхода кокса. Для со-

хранения условий нормального опускания шихты при вдувании природного газа

уменьшают расход дутья, вследствие чего интенсивность хода печи по сжигаемому

коксу уменьшается, а понижение расхода кокса не сопровождается соответствую-

щим повышением производительности. В зависимости от условий (качества шихты,

возможностей нагрева дутья) рост производительности при вдувании природного

газа на разных печах составил 1–3%, а на некоторых печах производительность и

вовсе не увеличилась. Увеличение производительности получили на тех печах, где

интенсивность хода с применением природного газа снизилась в меньшей мере, чем

относительный расход кокса.

В целях повышения интенсивности хода при работе с природным газом осо-

бое внимание следует уделять улучшению газопроницаемости шихты (качеству ма-

териалов), а также повышать давление газов в рабочем пространстве доменной печи

и содержание кислорода в дутье путем его обогащения.

Этоже, но Кратко

Обеспечение природным газом. Практически все предприятия черной металлургии РФ с доменным производством снабжаются природным газом расчетным давлением 1.2 МПа, поэтому подача природного газа давлением 0,75-0,8 МПа на вдувание в доменные печи по существующей схеме проблем не создаст. Потребуется дооборудование существующей системы вдува природного газа в фурмы специальной автоматически действующей установкой для получения газокислородной смеси заданного состава. При вдувании природного газа в фурмы доменной печи в виде газокислородной смеси коэффициент замены кокса природным газом, в зависимости от удельного расхода последнего, увеличивается на 0,03-0,15 кг/м3.

Обеспечение кислородом.Кислород на обогащение дутья до 35% подается на всас турбовоздуходувки по существующей схеме. Степень обогащения воздуха кислородом ограничена этой величиной для исключения проблем, связанных с возможностью возгорания воздухопровода горячего дутья при температуре 1200 °С (и более) и расчетном давлении дутьевого воздуха 700 кПа. Остальное количество кислорода (5 и 7% варианты Б и В соответственно) подается в смеси с природным газом. Удельный расход кислорода составляет по варианту Б - 176,5, по варианту В - 193,8 м3/т чугуна, в то время как при производстве чугуна по бескоксовым технологиям - процессы: "Соrех" - 700 м3/т, "Hismelt" - >200 м3/т, "Ромелт" - 700-800 м3/т. Процесс "HYL" осуществляется при абсолютном давлении в реакторе >650 кПа и удельном расходе природного газа до 470 м3/т губчатого железа.

Приведенные примеры подтверждают, что как по удельным расходам кислорода и природного газа, так и по давлению в печи предлагаемая технология интенсификации доменной плавки по предельным параметрам не имеет преимуществ перед другими процессами. Для обогащения дутья кислород подается на всас воздушного компрессора под давлением 3-4 кПа на выходе из воздухоразделительной установки. Для получения смеси с природным газом в освоенных в печах ОАО "Тулачермет", НТМК и "Северсталь" используется кислород давлением не менее 0,8 МПа.

Поиск по сайту: