Дослідження ефективності використання суміші повітря, димових газів та технологічного кисню в якості окиснювача при опаленні доменних повітронагрівачів
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Інститут чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАН України, Дніпро
Abstract
UKR: Підвищення температури нагріву доменного дуття є одним із відомих способів економії коксу при виробництві чавуну. Для нагрівання дуття використовуються повітронагрівачі, які зазвичай опалюються доменним газом. Оскільки склад і теплота згоряння доменного газу недостатні для досягнення температури горіння доменного газу, яка забезпечує достатнє підігрівання насадок повітронагрівачів для нагрівання дуття на рівні 1160-1230 °С, використовуються різні методи збільшення температури горіння доменного газу. В даній роботі досліджено ефективність застосування одного з таких методів – використання в якості окиснювача для спалення доменного газу в повітронагрівачах суміші повітря, димових газів та технологічного кисню. Для підготовки суміші блок повітронагрівачів оснащується додатковим обладнанням: теплогенератором для спалювання доменного газу с атмосферним повітрям, та змішувачем, в якому високотемпературні димові гази, що утворюються при спалювання палива в теплогенераторі, змішуються з атмосферним повітрям та технологічним киснем з утворенням повітро-димової суміші у складі якої міститься 21 % кисню. Використання підготованої таким чином суміші збільшує температуру горіння палива в повітронагрівачах і забезпечує підвищення температури нагріву насадки, що в свою чергу сприяє підвищенню температури нагріву доменного дуття. Результати роботи містять порівняння ефективності даного методу з іншими відомими методами збільшення температури горіння палива в повітронагрівачах: збагачення доменного газу природнім, підігрів компонентів горіння перед спалюванням палива в повітронагрівачах; збагачення повітря горіння киснем. В роботі показано, що використання повітро-димової суміші при інших рівних умовах, має деякі переваги у порівнянні з іншими методами, а саме не призводить до суттєвого зниження виходу димових газів, які утворюються при спалюванні палива в повітронагрівачах, що не погіршує теплообмін в насадці теплообмінників, а також підвищує повноту використання власних енергоресурсів підприємства (доменного газу і технологічного кисню) при наявності їх залишків. До недоліків використання повітро-димової суміші слід віднести можливість утворення вибухонебезпечної суміші під час змішування технологічного кисню з високотемпературними продуктами згоряння палива, які можуть містити угарний газ. Тому питання безпечної реалізації змішування димових газів, кисню і атмосферного повітря потребують подальшого дослідження і детальної розробки конструкції змішувача.
ENG: Raising temperature of the blast-furnace air is one of the well-known ways to save coke in iron production. To heat the blast-furnace air, hot-blast stoves are used, which are usually heated by blast furnace gas. Since the composition and calorific value of blast furnace gas are insufficient to achieve a blast furnace gas combustion temperature that ensures sufficient heating of the nozzles of hot-blast stoves to heat the blast-furnace air at 1160-1230 °C, various methods are used to increase the blast furnace gas combustion temperature. This paper investigates the effectiveness of one of these methods – the use of a mixture of atmospheric air, flue gases, and process oxygen as an oxidant for combustion of blast furnace gas in a hot-blast stove. To prepare the mixture, the hot-blast stoves are equipped with additional equipment: a heat generator for combustion of blast furnace gas with atmospheric air, and a mixer, where high-temperature flue gases generated during fuel combustion in the heat generator are mixed with atmospheric air and process oxygen to form a gas mixture containing 21% of oxygen. The use of the gas mixture prepared in this way increases the combustion temperature of the fuel in the hot-blast stoves, provides an increase in the heating temperature of their nozzle and increases the temperature of the blast-furnace air. The results of the work include a comparison of the efficiency of this method with other known methods of increasing the combustion temperature of blast furnace gas in the hot-blast stoves: enrichment of blast furnace gas with natural gas, heating of air and blast-furnace gas before combustion, and enrichment of combustion air with process oxygen. The paper shows that the use of a mixture of atmospheric air, flue gases, and process oxygen has some advantages over other methods, namely, it does not lead to a significant reduction in the rate of flue gases generated during fuel combustion in the hot-blast stoves, does not decrease heat exchanger in the nozzles, and increases the full use of the enterprise's own energy resources (blast furnace gas and process oxygen) in the presence of their excess. The disadvantages of using the mixture include the possibility of forming an explosive mixture when mixing process oxygen with high-temperature fuel combustion products that may contain carbon monoxide. Therefore, the issues of safe implementation of mixing flue gases, process oxygen and atmospheric air require further research and detailed development of the mixer design.
ENG: Raising temperature of the blast-furnace air is one of the well-known ways to save coke in iron production. To heat the blast-furnace air, hot-blast stoves are used, which are usually heated by blast furnace gas. Since the composition and calorific value of blast furnace gas are insufficient to achieve a blast furnace gas combustion temperature that ensures sufficient heating of the nozzles of hot-blast stoves to heat the blast-furnace air at 1160-1230 °C, various methods are used to increase the blast furnace gas combustion temperature. This paper investigates the effectiveness of one of these methods – the use of a mixture of atmospheric air, flue gases, and process oxygen as an oxidant for combustion of blast furnace gas in a hot-blast stove. To prepare the mixture, the hot-blast stoves are equipped with additional equipment: a heat generator for combustion of blast furnace gas with atmospheric air, and a mixer, where high-temperature flue gases generated during fuel combustion in the heat generator are mixed with atmospheric air and process oxygen to form a gas mixture containing 21% of oxygen. The use of the gas mixture prepared in this way increases the combustion temperature of the fuel in the hot-blast stoves, provides an increase in the heating temperature of their nozzle and increases the temperature of the blast-furnace air. The results of the work include a comparison of the efficiency of this method with other known methods of increasing the combustion temperature of blast furnace gas in the hot-blast stoves: enrichment of blast furnace gas with natural gas, heating of air and blast-furnace gas before combustion, and enrichment of combustion air with process oxygen. The paper shows that the use of a mixture of atmospheric air, flue gases, and process oxygen has some advantages over other methods, namely, it does not lead to a significant reduction in the rate of flue gases generated during fuel combustion in the hot-blast stoves, does not decrease heat exchanger in the nozzles, and increases the full use of the enterprise's own energy resources (blast furnace gas and process oxygen) in the presence of their excess. The disadvantages of using the mixture include the possibility of forming an explosive mixture when mixing process oxygen with high-temperature fuel combustion products that may contain carbon monoxide. Therefore, the issues of safe implementation of mixing flue gases, process oxygen and atmospheric air require further research and detailed development of the mixer design.
Description
Л. Грес: ORCID 0000-0002-5343-3438; О. Гупало: ORCID 0000-0003-3145-9220; О. Єрьомін: ORCID 0000-0001-8306-578X
Keywords
повітронагрівач, природний газ, доменний газ, технологічний кисень, вторинні енергоресурси, теплогенератор, hot-blast stove, natural gas, blast furnace gas, process oxygen, secondary energy resources, heat-generator, КЕТтаОП
Citation
Петряков М. В., Грес Л. П., Гупало О. В., Верещак В. І., Єрьомін О. О., Григор’єв А. С. Дослідження ефективності використання суміші повітря, димових газів та технологічного кисню в якості окиснювача при опаленні доменних повітронагрівачів. Фундаментальні та прикладні проблеми чорної металургії. Дніпро, 2023. № 37. С. 121–138. DOI: 10.52150/2522-9117-2023-37-121-138.