ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПРИ ОТОПЛЕНИИ ШАХТНЫХ ПЕЧЕЙ ВАГРАНОЧНОГО ТИПА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА

С целью сокращения расхода кокса в шахтной печи ваграночного типа с открытым или закрытым колошником дополнительно  используется природный газ. Его сжигание с помощью горелочных устройств обычно осуществляется в выносных топках, установленных  по периметру кожуха печи. В зависимости от конструкции, горелки обеспечивают частичное или полное предварительное перемешивание  газа и воздуха при коэффициенте расхода воздуха 1,2 – 1,5. Далее продукты горения газа подаются непосредственно в слой шихты. При  реа лизации этого способа расход кокса составляет 8 – 9 % к металлозавалке, а расход газообразного топлива 30 – 40 м3/т расплава. Для этих  условий отмечено незначительное повышение температуры расплава (на 10 – 20 °С), рост производительности на 15 – 20 % при снижении  объема газообразных вредных выбросов на 20 – 25 % (в основном СО). В работе вагранки наблюдаются периодические нарушения газодинамического режима с подвисанием слоя шихтовых материалов, похолодание получаемого расплава, увеличение химического недожога  и ухудшение условий службы футеровочных материалов. При использовании слоевого способа сжигания газовоздушной смеси ее подают  в разогретый слой кусковых материалов с коэффициентом расхода воздуха не ниже 2,5 – 3,0 с формированием высокотемпературной зоны  при температуре 1350 – 1380 °С, шириной 60 – 70 мм, способной перемещаться по слою со скоростью 15 – 20 мм/мин. Для его реализации  в плотном продуваемом слое необходимо обеспечить равномерное перемешивание газа и воздуха, требуемые газодинамические условия и  создание заданного соотношения «газ – воздух» при коэффициенте расхода воздуха более 2,5 – 3,0. При подаче холодной газовоздушной  смеси в слой шахтных печей через фурмы зона горения делит весь слой на две ступени: первоначальную и конечную. Высокий температурный уровень зоны горения обеспечивает значительную скорость охлаждения материалов на стадии зажигания газовоздушной смеси,  что предотвращает ее воспламенение в свободном надслоевом пространстве. Отсутствие прямого контакта зоны высоких температур с  рабочим пространством агрегата повышает надежность и экономичность использования этого процесса (отсутствуют тепловые потери).  Применение слоевого способа сжигания природного газа для отопления чугунолитейной вагранки обеспечивает повышение производительности плавильного агрегата с 10 до 13,6 т/ч или на 36 % при сокращении удельного расхода кокса на 80 кг/т или на 33,3 %, уменьшении  общего расхода теплоты на процесс на 25 кВт или 18,78 % и потерь тепла с отходящими газами на 25,32 кВт или 16,2 %. При этом общий  тепловой КПД агрегата увеличивается с 35,58 до 42,26 % или на 15,81 %.

шахтная печь,  выносные топки,  коксогазовое отопление,  условия сжигания газо-воздушной смеси,  зоны горения твердого и  газообразного видов топлива,  расход кокса,  производительность

1. Матюхин В.И., Матюхина А.В. Расчет и проектирование ваграночного комплекса плавки чугуна. – Екатеринбург: УрФУ, 2015. – 364 с.

2. Селянин И.Ф., Маркс Г.Л., Вальдман Л.М., Соколов Б.М. Экспериментальное исследование газообразования в слое кокса холостой колоши вагранки с расширенной зоной горения // Изв. вузов. Черная металлургия. 1991. № 10. С. 74 – 77.

3. Тепловая работа шахтных печей и агрегатов с плотным слоем / Я.М. Гордон, Б.А. Боковиков, В.С. Швыдкий и др. – М.: Металлургия, 1989. – 120 с.

4. Dong H., Cai J.-J., Wang G.-S., Yang J. Numerical simulation on gas flow affected by constructional parameters of pelletizing shaft furnaces // Dongbei Daxue Xuebao. Ziran Kexue Ban. J. Northeast. Univ. Natur. Sci. 2013. Vol. 34. No. 7. Р. 980 – 984.

5. Чаплыгин Ю.В., Еринов А.Е. Использование природного газа при плавке чугуна. – Киев: Наукова думка, 1976. – 237 с.

6. Natsui S., Kon T., Ueda S. etc. Analysis of heat and mass transfer in a packed bed by considering particle arrangement. Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM), Tohoku University, 2-1-1 Katahira Aoba-ku Sendai 980-8577, Japan.

7. Фуклеев В.А. О работе коксогазовых вагранок // Литейное производство. 1964. № 8. С. 34 – 35.

8. Меркер Э.Э., Карпенко Г.А., Тынников И.М. Энергосбережение в промышленности и эксергетический анализ технологических процессов – Старый Оскол: ТНТ, 2010. – 316 с.

9. Часов Л.И., Протопопов Л.П. Обобщение некоторых данных о плавке чугуна на коксогазовых вагранках // ВНИИНТИиЭПСМ: Сб. тр. 1971. Вып. 3. С. 346 – 349.

10. Светлов Ю.В. Интенсификация тепловых и гидродинамических процессов в аппаратах с турбулизаторами потока. Теория, эксперимент, методы расчета. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 304 с.

11. Лисиенко В.Г., Лобанов В.И., Китаев Б.И. Теплофизика металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1982. – 240 с.

12. Лобанов В.И., Матюхин В.И., Гольцев В.А., Ярошенко Ю.Г. Исследование условий формирования зоны горения в слое железорудных окатышей для улучшения их металлургических свойств // Изв. вуз. Черная металлургия. 1987. № 6. С. 103 – 104.

13. Селянин И.Ф., Феоктистов А.В., Бедарев С.А. Теория и практика интенсификации технологического процесса в шахтных агрегатах малого диаметра. – М.: Теплотехник, 2010. – 379 с.

14. Теория и практика теплогенерации / С.Н. Гущин, М.Д. Казяев, Ю.В. Крюченков, В.И. Лобанов; Под ред. В.И. Лобанова, С.Н. Гущина. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. – 379 с.

15. Механика жидкости и газов /В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко, Я.М. Гордон и др.; Под научн. ред. В.С. Швыдкого. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. – 464 с.

16. Телегин А.С., Швыдкий В.С., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос: Учебник для вузов / Под ред. Ю.Г. Ярошенко. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 455 с.

17. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Топливо. Рациональное сжигание, управление и технологическое использование: Справочное издание. – М.: Теплотехник, 2002. – 688 с.

18. Равич М.Б. Поверхностное беспламенное горение. – М.-Л.: АН СССР, 1949. – 353 с.