RU2301270C2 - Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия - Google Patents
Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2301270C2 RU2301270C2 RU2005113658/02A RU2005113658A RU2301270C2 RU 2301270 C2 RU2301270 C2 RU 2301270C2 RU 2005113658/02 A RU2005113658/02 A RU 2005113658/02A RU 2005113658 A RU2005113658 A RU 2005113658A RU 2301270 C2 RU2301270 C2 RU 2301270C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- fuel
- consumption
- excesses
- usage
- Prior art date
Links
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 23
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 28
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 14
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000012261 overproduction Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Air Supply (AREA)
- Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к повышению эффективности использования излишков кислорода. Способ включает подачу излишков кислорода в воздух горения горелочных устройств топливоиспользующих агрегатов из системы коллекторов блоков разделения воздуха при изменении в них давления в пределах от 8 до 35 кПа, без дополнительных затрат на сжатие кислорода, и поддержание требуемого уровня горения изменением расхода кислорода в пределах до 30000 Нм3/ч с одновременным изменением состава и расхода топлива и воздуха горения. Использование изобретения обеспечивает значительную экономию природного газа.
Description
Изобретение относится преимущественно к повышению эффективности использования кислорода для реализации горения газообразного топлива, используемого в металлургии и энергетике.
Известен способ использования кислорода для интенсификации металлургических процессов - доменной выплавки чугуна и конвертерной плавки стали, а также добавки кислорода к воздуху горения в топливоиспользующих агрегатах [Коршиков Г.В. Энциклопедический словарь-справочник по металлургии // Липецк, Липецкое издательство Госкомпечати РФ, 1998, С.245-246]. При этом в результате работы металлургического комбината, имеющего в своем составе кислородный цех, возникают излишки кислорода вследствие нижеследующих причин:
A) Количество кислорода, вырабатываемого несколькими блоками разделения воздуха, превосходит потребности его потребителей. В то же время даже один блок разделения не может быть остановлен, поскольку количество кислорода, вырабатываемого одним блоком таково, что его остановка приведет к превышению среднего или пикового потребления над выработкой - потери из-за кратности работающего оборудования.
Б) Потребление кислорода доменными печами периодически снижается по технологическим причинам - изменение состава загружаемой шихты, качества кокса, «перегрев печи», снижение подачи природного газа на фурмы и пр. В этом случае излишек вырабатываемого кислорода, за исключением той его части, которая может быть перераспределена на конвертерный и мартеновский цеха, сбрасывается в атмосферу на период снижения потребления - недопотребление кислорода доменным переделом.
B) Потребление кислорода конвертерными агрегатами характеризуется ярко выраженной неравномерностью: в течение всего периода от завалки шихты до разливки стали кислород требуется лишь в течение небольшого времени (12-18 минут) - собственно продувки. В этот момент потребление газа достигает существенных значений, когда расход кислорода на один конвертер перекрывает потребление нескольких доменных печей. В остальное время кислород не требуется вообще. Давление сжатого кислорода в сетях предприятия претерпевает колебания в пределах от нижнего до верхнего рабочих значений. В случае превышения верхнего предела давления производится (тем или иным способом) уменьшение производительности нагнетателей, а излишек вырабатываемого кислорода сбрасывается в атмосферу - потери из-за неравномерности работы конвертерного передела.
Суммарное количество кислорода, сбрасываемого в атмосферу вследствие а) потерь из-за кратности работающего оборудования, б) недопотребления кислорода доменным переделом и в) потерь из-за неравномерности работы конвертерного передела, является излишками кислорода.
Как было отмечено выше, недостатком известного способа использования кислорода для интенсификации металлургических процессов являются значительные потери данного энергоресурса, обусловленные неравномерным или периодическим его потреблением, в то время как процесс выработки кислорода в результате разделения воздуха на газообразные компоненты - постоянный и слабо регулируемый по производительности.
Недостатком известного способа использования кислорода является потребление в топливной смеси значительного количества природного газа - дорогостоящего внешнего энергоресурса, в то время как на металлургических предприятиях имеются значительные излишки относительно дешевого внутреннего энергоресурса - доменного газа. Добавление в топливную смесь природного газа обусловлено низкой калорийностью доменного газа, не позволяющей достичь необходимой по технологии температуры горения.
Кроме того, на горелочных устройствах методических печей и зажигательных горнов не используется кислород, сбрасываемый в атмосферу, поскольку на данные топливоиспользующие агрегаты подается фиксированное по расходу количество окислителя. Однако кислород - ценный энергоноситель, требующий для своего производства значительного количества электроэнергии. Соответственно его использование с постоянным расходом должно быть оправдано более значительным снижением издержек по другим статьям теплового баланса горения, что в настоящее время недостижимо.
Также в известном способе использования кислорода предусматривается подача на горелочные устройства сжатого кислорода после нагнетателей. Это увеличивает энергетические затраты и соответственно себестоимость используемого кислорода.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое решение - использование дешевого топлива (доменного газа) за счет подачи излишков кислорода, возникающих в системе трубопроводов, в воздух горения горелочных устройств топливоиспользующих агрегатов. Повышение процентного содержания кислорода в воздухе позволит при той же температуре горения снизить количество природного газа в топливной смеси либо получить большую температуру горения.
Это достигается тем, что периодически или постоянно возникающие излишки кислорода в системе трубопроводов кислорода металлургического предприятия подмешиваются в воздух горения, подаваемый для сжигания топливной смеси в горелочных устройствах топливоиспользующих агрегатов из системы коллекторов блоков разделения воздуха при изменении в них давления в пределах от 8 до 35 кПа без дополнительных затрат на сжатие кислорода. При этом расход кислорода, подмешиваемого в воздух горения, меняется от нуля до величины производительности одного блока разделения воздуха, равной 30000 Нм3/ч (в случае наличия излишков кислорода, превышающих указанную величину, принимается решение об остановке одного блока разделения воздуха), с одновременным изменением состава и расхода топлива и воздуха горения.
При этом нижний предел давления кислорода в системе, при котором реализуется подача его на горелочные устройства топливоиспользующих агрегатов, определяется выходным давлением нагнетателей воздуха горения. При достижении давления в системе коллекторов блоков разделения воздуха уровня 8 кПа оно сравнивается с таковым же на нагнетании вентиляторов воздуха горения топливоиспользующих агрегатов (например, доменных воздухонагревателей) и становится возможным перепуск кислорода в коммуникации воздуха горения данных агрегатов. Верхний предел давления кислорода в системе его трубопроводов определяется максимально допустимым давлением на выходе из блоков разделения воздуха. При достижении уровня в 35 кПа давление в системе коллекторов сравнивается с давлением в верхних колоннах блоков разделения воздуха и выдача кислорода из агрегатов становится невозможной.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что, во-первых, используются излишки кислорода, имеющие произвольный по времени расход. Во-вторых, в зависимости от величины расхода кислорода, подмешиваемого в воздух горения, уменьшается количество природного газа в топливной смеси. В-третьих, подача кислорода осуществляется из системы коллекторов блоков разделения воздуха с давлением от 8 до 35 кПа и расходом в пределах от нуля до 30000 Нм3/ч, без дополнительных затрат на сжатие газа, в зависимости от давления в трубопроводе.
В соответствии с расчетным алгоритмом при появлении излишков кислорода, что сопровождается повышением давления в системе коллекторов блоков разделения воздуха в пределах от 8 до 35 кПа, они направляются на обогащение воздуха горения горелочных устройств топливоиспользующих агрегатов. Далее реализуется следующая процедура. При увеличении объема кислорода, добавляемого в воздух горения топливоиспользующих агрегатов от нуля до 30000 Нм3/ч, снижается расход природного газа, обеспечивая необходимый уровень температуры горения. При уменьшении добавки кислорода в воздух горения реализуется обратная процедура: постепенное увеличение расхода природного газа.
При изучении других известных технических решений в данной области техники описанные выше признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены.
Пример. Крупнейшими потребителями кислорода металлургического комбината полного цикла являются доменный и конвертерный переделы. При этом потребление в обеих технологиях не является равномерным. На всас дутьевых воздуходувок доменных печей непрерывно подается кислород низкого давления. В случае технологической необходимости уменьшения его процентного содержания в дутье оперативный персонал цеха ставит в известность персонал кислородного производства о количестве снимаемого объема кислорода. Поскольку технологический кислород (5% примесей) не удовлетворяет стандартам прочих потребителей, а газгольдеры на низкое давление выведены из эксплуатации на металлургических предприятиях, данное количество кислорода целиком возвращается в атмосферу и может быть отнесено к чистым потерям - недопотребление кислорода доменным переделом.
При снабжении кислородом конвертерного производства, в случае достижения предельного значения давления в системе трубопроводов сжатого кислорода (в среднем порядка 3 МПа), оперативный персонал кислородного производства производит снижение загрузки компрессии. Величину возникающей при этом избыточной выработки кислорода можно считать потерями по причине неравномерности работы сталеплавильного производства.
Установлено, что потери кислорода по вине доменного производства подчиняются экспоненциальному закону распределения, а потери из-за неравномерной работы конвертерных цехов - модели гамма-распределения. Обработка данных по крупному металлургическому предприятию РФ показывает: с вероятностью 90% можем утверждать, что потери, приведенные к среднему за час расходу кислорода, составят не менее:
- по доменному переделу 600 м3/ч;
- по конверторному переделу 1900 м3/ч;
- суммарные потери ~ 2500 м3/ч.
Использование данного количества кислорода в качестве добавки к воздуху горения на горелочных устройствах таких топливоиспользующих агрегатов, как доменные воздухонагреватели, позволит получить значительную экономию природного газа. Так первоначально (без добавления кислорода) на нагрев насадки одного воздухонагревателя используется порядка 87000 м3/ч смешанного газа с долей природного газа 5% (4300 м3/ч) и коэффициентом избытка воздуха 1,2. При этом достигается калориметрическая температура - 1360°С. Добавление 2500 м3/ч кислорода при одновременном увеличении подачи доменного газа на 28000 м3/ч и снижении коэффициента избытка воздуха до 1,10 позволит снизить долю природного газа в смеси до 1,5% (на 2500 м3/ч), а в случае наличия максимально возможных излишков кислорода подачу природного газа можно свести до нуля. Калориметрическая температура и объем продуктов сгорания, а следовательно, и условия нагрева дутья при этом практически не изменятся. В то же время годовая экономия природного газа составит 22 млн.м3.
Claims (1)
- Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия, характеризующийся тем, что он включает подачу излишков кислорода в воздух горения горелочных устройств топливоиспользующих агрегатов из системы коллекторов блоков разделения воздуха при изменении в них давления в пределах от 8 до 35 кПа без дополнительных затрат на сжатие кислорода, и поддержание требуемого уровня горения изменением расхода кислорода в пределах до 30000 Нм3/ч с одновременным изменением состава и расхода топлива и воздуха горения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113658/02A RU2301270C2 (ru) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005113658/02A RU2301270C2 (ru) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005113658A RU2005113658A (ru) | 2006-11-20 |
| RU2301270C2 true RU2301270C2 (ru) | 2007-06-20 |
Family
ID=37501603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005113658/02A RU2301270C2 (ru) | 2005-05-04 | 2005-05-04 | Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2301270C2 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU603671A1 (ru) * | 1976-04-23 | 1978-04-25 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Ан Украинской Сср | Способ сжигани газа |
| SU662019A3 (ru) * | 1975-02-06 | 1979-05-05 | Клекнер-Верке Аг (Фирма) | Способ расплавлени металла в шахтной печи |
| SU1266864A1 (ru) * | 1985-03-29 | 1986-10-30 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Им.Л.И.Брежнева | Способ подготовки высокотемпературного восстановительного газа дл вдувани в доменную печь |
| SU1462067A1 (ru) * | 1987-02-11 | 1989-02-28 | Производственно-техническое предприятие Специализированного треста "Укрэнергочермет" | Способ управлени процессом горени |
| RU2020160C1 (ru) * | 1990-06-25 | 1994-09-30 | Научно-исследовательский институт металлургической технологии | Мартеновская печь |
-
2005
- 2005-05-04 RU RU2005113658/02A patent/RU2301270C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU662019A3 (ru) * | 1975-02-06 | 1979-05-05 | Клекнер-Верке Аг (Фирма) | Способ расплавлени металла в шахтной печи |
| SU603671A1 (ru) * | 1976-04-23 | 1978-04-25 | Ордена Ленина И Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Ан Украинской Сср | Способ сжигани газа |
| SU1266864A1 (ru) * | 1985-03-29 | 1986-10-30 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Им.Л.И.Брежнева | Способ подготовки высокотемпературного восстановительного газа дл вдувани в доменную печь |
| SU1462067A1 (ru) * | 1987-02-11 | 1989-02-28 | Производственно-техническое предприятие Специализированного треста "Укрэнергочермет" | Способ управлени процессом горени |
| RU2020160C1 (ru) * | 1990-06-25 | 1994-09-30 | Научно-исследовательский институт металлургической технологии | Мартеновская печь |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005113658A (ru) | 2006-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN215668074U (zh) | 一种带独立充压装置的热风炉系统 | |
| CN103122398A (zh) | 烟气自循环预热煤粉喷吹工艺及装置 | |
| CN102203298A (zh) | 用于运行熔化还原工艺的方法和装置 | |
| CN103940213B (zh) | 焦炭烘干系统干燥气温度与流量自调节控制装置及方法 | |
| CN102876824A (zh) | 利用高炉煤气实现高风温的方法 | |
| CN105803146A (zh) | 一种独立的热风炉充压方法及充压装置 | |
| CN103953926A (zh) | 以生物醇油为燃料的陶瓷窑炉燃烧系统及其燃烧控制方法 | |
| CN203112858U (zh) | 冶金生产中的放散氧气再利用装置 | |
| RU2301270C2 (ru) | Способ использования излишков кислорода металлургического предприятия | |
| Zhou et al. | Production and development of large blast furnaces from 2011 to 2014 in China | |
| CN111020092A (zh) | 一种高炉热风炉用均压能源回收系统及其使用方法 | |
| CN105157019B (zh) | 一种焦炉荒煤气火焰炉窑系统 | |
| CN204226020U (zh) | 燃气轮机的供气系统 | |
| CN104630407A (zh) | 一种通体外加热隔焰式回转窑 | |
| CN210796335U (zh) | 一种用于钢铁厂焦炉加热用高炉煤气压力稳定装置 | |
| CN103993110B (zh) | 高炉喷吹煤粉预热工艺 | |
| CN102676722B (zh) | 熔融气化炉的冶炼方法 | |
| Lyalyuk et al. | Blast-furnace operation with pulverized-coal injection and with chunk anthracite | |
| CN104593533B (zh) | 燃高炉煤气300mw发电机组低热值运行的方法 | |
| CN202576449U (zh) | 一种高炉喷吹煤粉过程中的煤粉输送及预热工艺装置 | |
| CN103740873A (zh) | 一种高炉炼铁系统 | |
| CN113969178A (zh) | 一种高强度焦炭及炼焦方法 | |
| CN205420466U (zh) | 一种独立的热风炉充压装置 | |
| CN216716204U (zh) | 一种节能型双燃烧室锅炉 | |
| CN203454117U (zh) | 一种沸腾炉风帽 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090505 |