Разработка информационно-моделирующей системы инжекции пылеугольного топлива в фурмы доменной печи

Рассмотрена математическая модель фурменного очага доменной печи при инжекции пылеугольного топлива. При математическом моделировании фурменного очага выделено две подсистемы: 1) нагрев частиц угольной пыли и выделение летучих в фурменном очаге; 2) теплообмен и процесс горения в фурменном приборе. Исследовано двумерное поле скоростей газа в фурменном очаге. Процессы горения рассмотрены как совокупность параллельно развивающихся явлений горения кокса в слое, одиночных кусков кокса и частиц угольной пыли. Модель включает уравнения баланса общей массы газа, баланса массы компонентов газа, теплового баланса газа, движения частиц угольной пыли, теплового баланса частицы угольной пыли. В ней рассчитываются максимальная температура горения в фурменном очаге, расстояние от среза фурмы до фокуса горения, протяженность кислородной зоны горения, температура газа, содержание компонентов газовой фазы и степень выгорания углерода пылеугольного топлива на выходе из фурменного очага. Разработана информационно-моделирующая система. Последняя позволяет исследовать влияние характеристик комбинированного дутья, свойств кокса и угольной пыли, геометрических размеров фурм и других факторов на поля температур и концентраций компонентов газовой фазы в фурменном очаге. Рассматриваемая система позволяет подобрать рациональный режим инжекции пылеугольного топлива, который обеспечит полноту его сгорания в границах фурменных очагов. Основными функциями программного обеспечения является представление результатов расчета в виде таблиц и графиков, хранение вариантов исходных данных в базе данных, экспорт результатов расчета во внешний файл формата Microsoft Excel. Сделаны выводы о снижении температуры горения в фурменном очаге, приближении фокуса горения к фурме при вдувании пылеугольного топлива, о необходимости использования углей с определенными качественными характеристиками и месте ввода угольной пыли в поток дутья.

доменная печь, пылеугольное топливо, инжекция, горение, моделирование, фурменный очаг, программное обеспечение

1. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. Учеб. для вузов. – Киев: Выща школа Головное изд-во, 1988. – 351 с.

2. Плискановский С.Т., Полтавец В.В. Оборудование и эксплуатация доменных печей. – Днепропетровск: Пороги, 2004. – 495 с.

3. Дунаев Н.Е., Кудрявцева З.М., Кузнецов Ю.М. Вдувание пылевидных материалов в доменные печи. – М.: Металлургия, 1977. – 208 с.

4. Kochura V.V., Yaroshevskii S.L., Kupenko V.I., Mishin I.V. Method of determining the degree of combustion of pulverized-coal fuel in blast furnaces // Metallurgist. 2013. Vol. 57. No. 7-8. P. 671 – 681.

5. Kochura V., Yaroshevskiy S., Popov V., Braga V. Fundamentals aspects and industrial practice of coal injection in the blast furnace at Donetsk Metallurgical Works. – In: 4 th International Congress on the Science and Technology of Ironmarking. 2006. P. 331 – 334.

6. De Castro J.A., da Silva A.J., Sasaki Y., Yagi J. A six-phases 3-D model to study simultaneous injection of high rates of pulverized coal and charcoal into the blast furnace with oxygen enrichment // ISIJ Int. 2011. Vol. 51. No. 5. P. 748 – 758.

7. Chung J.K., Han J.W., Lee J.H. Coke properties at tuyere level in blast furnace with pulverized coal injection // Metals and Materials. 1996. Vol. 2. No. 1. P. 1 – 7.

8. Jiang X., Li J., Qiu J. Study on combustion characteristic of micropulverized coal // Zhongguo Dianji Gongcheng Xuebao. 2000. Vol. 20. No. 6. P. 71 – 74.

9. Tovarovskii I.G., Merkulov A.E. Blast-furnace smelting with coal-dust injection // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 1. P. 28 – 40.

10. Tovarovskii I.G., Merkulov A.E. Analysis of blast-furnace smelting with the injection of natural gas and coke-oven gas // Steel in Translation. 2012. Vol. 42. No. 1. P. 28 – 40.

11. Su B.X., Zhang J.L., Liu Q.Y., Che X.-M., Fu Y.D., Jin J.Q. Study on the combustion process of pulverized coal and carbonaceous matter dust in BF // Materials Science and Technology Conference and Exhibition. 2011. Vol. 1. P. 536 – 544.

12. Zolotukhin Y.A., Andreichikov N.S., Kukolev Y.B. Quality requirements on coke for blast furnaces operating with coal-dust fuel // Coke and Chemistry. 2009. Vol. 52. No. 3. P. 110 – 115.

13. Wu K., Ding R., Han Q., Yang S., Wei S., Ni B. Research on unconsumed fine coke and pulverized coal of BF dust under different PCI rates in BF at capital steel Co // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 3. P. 390 – 395.

14. Jaffarullah R., Ghosh B.K. Alternate fuels in blast furnaces to reduce coke consumption // Journal of the Institution of Engineers. 2005. Vol. 86. Part: Metallurgy and Material Science Division. P. 16 – 23.

15. Введение в системный анализ теплофизических процессов в металлургии. Учеб. пособие для вузов / Н.А. Спирин, В.С. Швыдкий, В.И. Лобанов, В.В. Лавров. – Екатеринбург, УГТУ, 1999. – 205 с.

16. Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев и др.; под ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: УГТУ–УПИ, 2005. – 301 с.

17. Спирин Н.А., Швыдкий В.С., Овчинников Ю.Н., Лавров В.В. Математическое моделирование теплообмена в фурменном очаге доменной печи // Изв. вуз. Черная металлургия. 1998. T. 41. № 4. С. 51 – 53.

18. Pavlov A.V., Polinov A.A., Spirin N.А., Onorin O.P., Lavrov V.V. Use of model systems for solving new technological problems in blast-furnace production // Metallurgist. 2017. Vol. 61. No. 5-6. P. 448 – 454.

19. Основы практической теории горения / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахмедов и др. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.

20. Швыдкий В.С., Быков А.Г., Луговых Г.А., Карымов Р.Р. Газификация частиц угольной пыли в фурменном приборе доменной печи // Изв. вуз. Черная металлургия. 2008. T. 51. № 4. С. 7 – 10.

21. Волков Е.А. Численные методы. Учеб. пособие для вузов. – М.: Наука, 1987. – 248 с.