Спосіб регулювання теплового стану доменної печі

Реферат: Спосіб регулювання теплового стану доменної печі за даними хімічного складу колошникового газу і шихтових матеріалів шляхом зміни параметрів дуття. Впливи на зміну вологості або температури дуття формують дискретно через задані інтервали часу по знаку і величині відхилення складу суми [(CO + СO2) + 0,3Н2] в складі колошникового газу відносно заданого оптимального її значення з врахуванням зміни вмісту кисню в комбінованому дутті і карбонатів в шихті. UA 68646 U (54) СПОСІБ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО СТАНУ ДОМЕННОЇ ПЕЧІ UA 68646 U UA 68646 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до чорної металургії й може бути використана для стабілізації теплового стану горна доменної печі при керуванні доменним процесом. Задачею корисної моделі є зниження витрат коксу й підвищення якості чавуну за рахунок формування оптимальних регулюючих впливів на доменний процес. Відомі способи регулювання теплового стану доменної печі, засновані на аналізу складу колошникового газу, шляхом корекції рудного навантаження або параметрів дуття (температури, вологості) залежно від зміни відповідних компонентів колошникового газу (CO, СО2, H2, N2) і різного роду показників, що обчислюються за певний інтервал часу на основі 5 аналізу складу колошникового газу по пропонованим формулах (а.с. СРСР №779390 МКВ 5 5 С21В7/24, 1980р.; а.с. СРСР №643536 МКВ С21В7/24, 1979р.; а.с. СРСР №635139 МКВ 5 5 С21В7/24, 1978р.; а.с. СРСР №605838 МКВ С21В7/24, 1978р.; а.с. СРСР №581145 МКВ 5 С21В7/24, 1977р.; а.с. СРСР №407951 МКВ С21В7/24, 1974р.; патент на корисну модель №44149 ИА МПК С21В7/24, 2009р.). Недоліком відомих способів є те, що за критерій теплового стану горна доменної печі приймається вміст кремнію в чавуні, що не завжди точно характеризує цей стан і залежить, як показали дослідження, не тільки від нагріву печі й шлакового режиму. По-друге, розрахунок показників на основі аналізу колошникового газу по пропонованих формулах має істотні похибки, тому що вони досить складні при значному числі змінних. По-третє, як правило, не враховуються динамічні властивості об'єкта по заданих каналах формування регулюючих впливів. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб регулювання теплового стану доменної печі (патент на корисну модель №44149 ИА МКП С21В7/24, 2009р), вибраний як прототип. Відомий спосіб включає вимірювання складу колошникового газу, аналіз шихтових матеріалів і вплив на доменну піч шляхом дискретної зміни температури або вологості дуття в залежності від величини знаку приросту суми (СО+СО 2) колошникового газу відносно заданого оптимального її значення, установленого дослідницьким шляхом. Однак, у відомому способі регулюючий вплив здійснюється лише зміною температури або вологості дуття і непередбачено регулювання теплового стану горна доменної печі зміною рудної загрузки. Крім того, не враховані відновлювальні можливості водню Н 2. Водень виконує в доменній печі значно більшу відновлювальну роботу, ніж це слідувало би враховувати по залишку водню в доменному газі. Частина водню, який приймає участь у відновлювальних процесах, у результаті реакції водяного газу знову переходить в газову фазу, тобто фактично не витрачається. При температурах вище 810 °C водень є більш сильним відновлювачем, ніж окис вуглецю. При таких температурах вже не відбувається розпад утворюваного при відновленні Н2О окисом вуглецю з утворенням СО2. Однак при температурах 950-1000 °C і вище Н2О буде розпадатись твердим вуглецем, переносячи процес в область прямого відновлення. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу регулювання теплового стану доменної печі шляхом отримання нових імпульсів і алгоритмів впливу на доменний процес і за рахунок формування оптимальних керуючих впливів стабілізувати тепловий режим доменної плавки, що приведе до підвищення продуктивності, зниженню витрат коксу і підвищенню якості чавуну. Поставлена задача вирішується тим, що у способі регулювання теплового стану доменної печі, що включає вимір, та врахування аналізу складу колошникового газу, шихтових матеріалів і впливу на доменний процес, шляхом корекції параметрів дуття (зміна вологи або температури) і рудного навантаження, з урахуванням його динамічних властивостей. Згідно і корисної моделі імпульс керуючого впливу формують за знаком і величиною відхилення суми [(СО+СО 2)+КН2] колошникового газу відносно її заданого оптимального значення, яка встановлюється експериментально в залежності від умов доменної плавки. При цьому враховуються інші фактори, які впливають на склад колошникового газу (зміна параметрів дуття, витрат природного газу і кисню, винос колошникового пилу, зміна шихтових матеріалів), а як критерій теплового стану горна доменної печі прийнята середньо інтегральна температура рідкого чавуну на випусках з доменної печі. tu  55 1 b  t r (t )dt 0 a tu - середньо інтегральна температура чавуну, °C tr - температура чавуну, яка вимірюється під час випуску, °C 0 - тривалість випуску, хв. a, b - відповідно час початку та кінця випуску. 1 UA 68646 U 5 10 15 20 25 30 35 Між головними ознаками корисної моделі й технічним результатом, що досягається, є наступний причинно-наслідковий зв'язок. Вибір і обґрунтування способу регулювання теплового стану горна доменної печі обумовлені необхідністю стабілізації процесу доменної плавки і забезпеченні оптимального теплового режиму, пов'язаного з раціональними витратами коксу і якістю чавуну. Формування керуючих впливів на доменний процес з метою стабілізації теплового стану горна доменної печі проводиться за аналізом складу колошникового газу і шихтових матеріалів. За даними досліджень, проведених нами і іншими авторами, якщо не змінюється склад кисню у каліброваному дутті, частина прямого відновлення і вмісту карбонату в шихті, то склад суми [(СО+СО2)+КН2] у колошниковому газі залишається постійним і визначає відношення прямого і непрямого відновлення окислів заліза. Якщо у деякому об'ємі шихти у зоні непрямого відновлення погіршення розподілу газів на колошнику або у випадку погіршення відновлюваності залізовмісних матеріалів буде віднято менше кисню, тоді надлишок кисню буде віднято у зоні прямого відновлення з витратами твердого вуглецю і більшої кількості тепла. Про збільшення частки прямого відновлення можна судити заздалегідь за приростом суми [(CO + СО2) + КН2)] в колошниковому газі до того як матеріали з недоліком фізичного нагріву і вуглецю коксу прийдуть на фурми. Ця сума пропорційна ступеню прямого відновлення, а звідси, і ступеня охолодження горна печі і навпаки. При використання зміни суми [(CO + СО 2) + КН2] відносно її оптимального значення як (імпульсу керуючого впливу) критерію прямого відновлення, а звідси, і теплового стану горна, необхідно враховувати вплив інших факторів, до яких відносяться: - зміна частки кисню в дутті; - зміна карбонатів в шихті; - зміна витрат природного газу; - винос колошникового пилу. При проведенні досліджень по виявленню взаємозв'язків між тепловим станом горна доменної печі (середньо інтегральною температурою) і складом колошникового газу всі параметри, що характеризують роботу доменної печі, реєструвались, як середньоарифметичні значення через задані інтервали часу. Склад колошникового газу вимірювався за допомогою мас-спектрометричного комплексу "Гранат". Тепловий стан горна доменної печі характеризувався температурою рідкого чавуну на випусках (середньо інтегральна температура чавуну). В результаті обробки експериментальних даних, що характеризують тепловий стан і хід доменної печі, отримані статистичні і динамічні характеристики і параметри по каналам збуджуючих і керуючих впливів на доменному процесі. Математичне забезпечення при розробці систем керування доменною плавкою 1. Керування доменним процесом зміни пари в дутті Wп  K 1(t из  t и ) K 1  0,033 T / год. ,  С  K 2 e p 30e 0,33P C ,  , 1  PT 1  13P T / год. , T  78хв  1,3 год.,   20хв  0,33 год., Wп (P)  40 K 2  30 45 50 (2)  C , T / год. де W п(P) - передаточна функція по каналу середньо інтегральна температура (t и) - витрати пари при дутті; W п(P) - зміна витрати пари при дутті; Т - постійна часу, год.; tи - середньо інтегральна температура на випусках з доменної печі, °C; tиз - задане оптимальне значення середньо інтегральної температури на випусках із доменної печі;  - транспортне запізнення, год.; К1, К2 - коефіцієнти передачі. 2. Керування доменним процесом зміни рудного навантаження  P  K 1( t из  t и ) K K 1  2,66 кг кокса в подачу  С 2 UA 68646 U WK (P)  K 2 e P 0,37e 1,3P  кг кокса ,  , C 1  PT 1  2,6P в подачу де W K(P) - передаточна функція по каналу середньо інтегральна температура (t и) - рудне навантаження,  P ; K T  2,6 год.   4,5 год. K 2  0,375  C 5  кг кокса в подачу P - зміна рудного навантаження, кг кокс а ; в подачу K 3. Керування доменним процесом зміни температури дуття , t Д  K 1( t из  t и ) K 1  133 WT (P)  10  p  С  С 0,25P  K 2e 0,75e C  , 1  PT 1  0,98P  C (4), де W T(P) - передаточна функція по каналу середньо інтегральна температура (t и) температура дуття, t; T  0,98 год.   0,25 год. K 2  0,75  C  C . Формули, що використовуються при розробці структурних схем системи керування тепловим станом горна доменної печі на базі принципу керування по збудженню; t Д  K 1[(CO  CO 2 )  KH2 ] , (5) 15 WП  K 2 [(CO  CO 2 )  KH2 ] , (6) P / K  K 3 [(CO  CO 2 )  KH2 ] , (7) де K - коефіцієнт пропорційності; K1, K2, K3 - коефіцієнти передачі.  T / час C , K 3  112 K  0,3, K 1  58 , K 2  1,4 % % 20 25 30 35 40 кг кокса в подачу . % Дослідження взаємозв'язку середньо інтегральної температури чавуну на випусках із доменної печі від зміни складу колошникового газу. Шляхом обробки експериментальних даних, отриманих на базі АСУТП, визначений взаємозв'язок середньо інтегральної температури чавуну на випусках з доменної печі від складу колошникового газу. Отримані результати, представлені на графіку. При постійному складі комбінованого дуття зменшення суми (СО+СО 2) в колошниковому газі, перерахованої на трикомпонентний склад свідчить також про підвищення нагріву. Перерахунок проводиться з метою виключання спотворюючого впливу на (СО+СО 2) зміни вмісту водню в колошниковому газі, що виражається наступним виразом ±[(СО+СО 2)+KН2], де СО, СО2, Н2 - компоненти складу колошникового газу, %; K - коефіцієнт пропорційності (встановлюється експериментально). Дослідним шляхом знайдені кількісні залежності методу зміною суми [(СО+СО 2)+KН2] в колошниковому газі, а також прирощенням температури і вологості дуття, рудного навантаження і середньо інтегральної температури рідкого чавуну на випусках, який характеризує нагрів горну, tи=K1tд; tд=-K2[(CO+CO2)+0,3H2]; tи=K3W; tи=K4P/K, де tи - приріст середньоінтегральної температури чавуну на випусках, °C; tд - приріст температури дуття, ° С; 3 UA 68646 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 [(СО+СО2)+0,3Н2] - приріст суми CO, +CO2 і Н2 з корегуючим коефіцієнтом 0,3, який встановлюється оптимальним шляхом; W - приріст вологості дуття, Т/год.; K1=0,75 °C/°С, K2=58 °C/%, K3=30,3 °C/ (Т/год.), K4=0,375 кг коксу в подачу / % - коефіцієнти передачі. Дослідами також було встановлено, якщо в горн потрапляє шихта з більшим рудним навантаженням, ніж у попередньому періоді (наприклад, при збільшенні вмісту вологи у коксі, заліза у агломераті, при зменшенні виносу колошникового пилу), тоді при інших рівних умовах відбувається зниження нагріву горну доменної печі, а вміст суми CO, CO 2 і Н2 в колошниковому газі зросте. Тому як критерій зміни ступеню прямого відновлення заліза у печі прийнято зміну суми [(СО+СО2)+0,3Н2] колошникового газу. Як показали дослідження, зсув часу між зміною вмісту суми [(СО+СО2)+0,3Н2] у колошниковому газі і наступною зміною нагріву горна доменної печі коливається в межах від 2-х до 4-х годин, а при зміні рудного навантаження на кокс - від 6 до 7 годин. Сутність корисної моделі полягає у наступному: Відповідно до зміни вмісту [(СО+СО2)+0,3Н2] в колошниковому газі для компенсації теплонеобхідності, яке змінюється у зоні прямого відновлення можна змінити температуру або вологість дуття з тим, щоб зберегти нагрів горну на попередньому рівні. При постійному складі комбінованого дуття зменшення суми [(СО+СО 2)+0,3Н2] в колошниковому газі свідчить про підвищення нагріву (графік). Збільшення вмісту [(СО+СО2)+0,3Н2] у колошниковому газі свідчить про зниження нагріву горна доменної печі. Коефіцієнт пропорційності 0,3 встановлюється експериментально. При регулюванні теплового стану доменної печі формування керуючого впливу на тепловий стан горна доменної печі (зміна температури або вологості дуття) здійснюється дискретно у часі за знаком і величиною відхилення сумарного вмісту компонентів СО, СО 2 та Н2 в колошниковому газі відносно заданого числового значення, яке відповідає оптимальному тепловому стану і ходу доменної печі. Воно встановлюється експериментально (наприклад, 4244 %). Впливи здійснюють зміною вологості або температури дуття згідно рівнянням, приведеним нижче: W = K1[(СО+СО2)+0,3Н2], де: W - зміна вологості дуття, яка необхідна для підтримання теплового стану горна доменної печі на заданому рівні при зміні складу колошникового газу, Т/год.; K1 - коефіцієнт передачі (для досліджуваної печі K1=1,4 (Т/год.)/%); CO, СО2, Н2 - склад в колошниковому газі окису вуглецю, вуглекислого газу і водню, % об'ємні. tд = -K2[(CO+CO2)+0,3H2], де: tд - зміна температури дуття, яка необхідна для підтримки теплового стану горна доменної печі на заданому рівні при зміні складу колошникового газу, °C; K2 - коефіцієнт передачі (для досліджуваної печі K2=58 °C/%). Вплив можливо також здійснювати "знизу" зміною рудного навантаження з урахуванням рівняння: Р/К = -K3[(СО+СО2)+0,3Н2], де: Р/К - зміна рудного навантаження; K3 - коефіцієнт передачі (для досліджуваної печі K3 = 112 кг кокса в подачу/%). Запропонований спосіб був використаний у промислових умовах на доменній печі об'ємом 2 1513 м ОАО "Запоріжсталь". Регулювання теплового стану горна доменної печі проводилось зміною параметрів дуття або зміною рудного навантаження при обмежуванні змін температури і вологості дуття. Вміст СО, СО2 та Н2 в колошниковому газі визначався автоматично за допомогою масоспектрометричного комплексу "Гранат". Всі операції, які розраховувались, проводились в УСУТП ДП-3. Результати розрахунків у вигляді рекомендацій видавались мастеру доменної печі з виводом на монітор. Запропонований спосіб регулювання теплового стану горна доменної печі дозволяє шляхом своєчасного впливу на доменний процес зміною параметрів дуття або рудного навантаження з врахуванням його динамічних властивостей домогтися більш суттєвого і значного відхилення від оптимального нагріву горна доменної печі. Даний спосіб керування тепловим режимом доменної плавки пройшов випробування в промислових умовах і зарекомендував себе з позитивної сторони. Впровадження його дозволить знизити витрати коксу и підвищити якість чавуну. 4 UA 68646 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Спосіб регулювання теплового стану доменної печі за даними хімічного складу колошникового газу і шихтових матеріалів шляхом зміни параметрів дуття, який відрізняються тим, що впливи на зміну вологості або температури дуття формують дискретно через задані інтервали часу за знаком і величиною відхилення складу суми [(CO + СO 2) + 0,3Н2] в складі колошникового газу відносно заданого оптимального її значення з врахуванням зміни вмісту кисню в комбінованому дутті і карбонатів в шихті. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що формування керуючих впливів на доменному процесі шляхом зміни параметрів дуття і рудного навантаження відбувається з врахуванням його динамічних властивостей. Сума ∑[(СО+СО2)+0,3Н2] в складі колошникового газу, % Залежність середньоінтегральної температури чавуну на випусках із доменної печі від зміни суми [(СО+СО 2)+0,3Н2] в складі колошникового газу Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5