Вопрос 2. Пути совершенствования оп и ее перспективы

Основными недостатками ОП являются:

- cравнительно низкая удельная производительность (2.0-4.8 для сырой и 3.0-8.7 т/(м²*сут) для обожженной шихты);

- невысокий коэффициент использования топлива (30-35%) и, как следствие, высокий его расход (% от массы шихты: при плавке сырой шихты 18-22, при плавке огарка 14-16);

- невозможность регулирования процесса десульфуризации (D) и, сле­довательно, состава штейна (при плавке огарка с внутрипечным обеднением конвертерного шлака D составляет 15-20%, тогда как в аналогичных условиях при плавке сырых концентратов D достигает 40-50%);

- образование бедных серусодержащих газов и их выброс в атмосферу;

- высокий расход огнеупоров.

Заметный прогресс в совершенствование ОП был достигнут в связи с переводом печей на отопление природным газом с использованием воздуха, обогащенного кислородом. В частности, применение дутья, обогащенного кислородом до 27-30% об., позволило при плавке огарка повысить производительность печей на 28-33% и снизить расход топлива почти на 22 % [32].

Новые возможности интенсификации теплообмена в пламенных печах были реализованы за счет рассредоточенной подачи кислорода и установки сводовых газокислородных горелок (комбинированное торцово-сводовое отопление). В сравнении с чисто воздушным дутьем при рассредоточенной подаче кислорода и концентрации его в дутье 40% удельный проплав возрос от 4.5 до 6.7 т/(м²*сут), расход условного топлива уменьшился от 210 до 116 кг на тонну шихты, а концентрация SО₂ в отходящих газах повышена от 2.5-2.8 до 7.8-8.2 % об. Для кампании печей важно, что данные результаты получены при одновременном уменьшении температуры в фокусе печи почти на 100^ОС [32]. Использование торцово-сводовых горелок при тепловой сводовой нагрузке 20% и общей величине обогащения дутья кислородом 30% позволяет получить максимальный проплав шихты (6.70-6.85 т/(м²*сут)), наиболее высокий термический КПД печи (40%) и уменьшить расход условного топлива до 146 кг/т [42].

Применение нагрева дутья (с использованием тепла отходящих газов или индивидуально отопливаемых нагревателей) до 400-450^оС позволяет заметно увеличить проплав и уменьшить расход топлива в ОП. Однако, на отечественных заводах такой подогрев (табл. 5.1) не используется, ограничиваются более низкой температурой дутья, позволяющей повысить проплав на 15% и уменьшить расход топлива на 7.8% [ 33].

Дальнейшее совершенствование тепловой работы пламенных печей, отапливаемых газом, развивается за счет поиска рациональных пределов форсирования тепловых и технологических нагрузок агрегата и снижения удельного расхода топлива. При этом задача оптимизации сводилась к определению режимов сжигания природного газа, обспечивающих, с одной стороны, повышение производительности и экономичности работы печи, а с другой - увеличение стойкости футеровки и равномерности проплава по длине рабочей зоны и снижение пылевыноса. Для ее решения были разработаны многозональные модели теплообмена [33, 40], позволяющие оценивать интегральные и локальные характеристики теплообмена с учетом конструкции и тепловых режимов печи. Основными практическими выводами следующими из результатов моделирования явились:

- показана целесообразность использования сравнительно коротких факелов ( не более 1/3 длины рабочего пространства печи);

- с ростом подогрева дутья ( до 700^оС) и обогащении воздуха кислородом ( до 40%) наблюдается рост теплопоглощения откосами и теплового КПД плавки ( с 30 до 63 %);

-для реальных условий работы печи с учетом ограничений по пылевыносу (скорость газов W< 7 м/с) и максимальной температуры кладки( t< 1650^оС) оптимальный тепловой режим соответствует температуре дутья 360 ^оС и концентрации кислорода 22.3 %.

В этой связи установка на действующих ОП водоохлаждаемых кессонов в наиболее теплонапряженных участках, позволит снизить экстремальное воздействие температуры. Данное мероприятие является резервом в дополнительном увеличении производительности за счет более глубокого обогащения дутья кислородом и повышения тепловой мощности печи. В этом случае также создаются предпосылки для роста содержание SO₂ в отходящих газах. Определенный опыт в этом отношении накоплен СКБ ЦМ Гинцветмета, который еще в 1970 г на КУМКе ( г. Красноуральск) осваивал работу заложенных в боковые стены печи кессонов, охлаждаемых взрывобезопасным теплоносителем ( пароводяная смесь) [38]. Конструкция кессонов одновременно состояла из цельнонатянутых труб и набивной огнеупорной массы с установленными в них топками. Кессоны успешно себя зарекомендовали в ходе длительной эксплуатации на опытной печи ПВ РОЭМЗ, а топки использовались на фьюминг-печах завода «Рязцветмет» и Чимкентском свинцовом заводе [43]. Известны и другие конструктивные варианты кессонов с целью повышения стойкости футеровки стен печей [44].

Исходя из требуемого теплопоглощения откосами шихты были разработаны номограммы (рис. 5.15), позволяющие при упомянутых выше ограничениях, выбирать тепловую нагрузку, расход кислорода, температуру дутья, обеспечивающих максимальный удельный проплав. Аналогичные диаграммы полезны для экономической оптимизации тепловой работы печей с учетом цен на природный газ, кислород, затрат на подогрев дутья.

В результате моделирования рекомендовано рациональное распределение тепловой нагрузки между сводовыми горелками по длине печи. Показано, что применение комбинированного отопления с увеличенной подачей теплоты во вторую половину плавильного пространства, позволяет выровнять температуру кладки по длине рабочей зоны и дополнительно форсировать работу агрегата с ростом производительности на 12 %.

Общим результатом, применения кислорода при ОП в различных вариантах его подачи в печь на отечественных и зарубежных предприятиях является увеличение концентрации SO₂ в атмосфере печей, за счет сокращения балластного азота. Однако в результате многократного разубоживания газов, концентрация сернистого ангидрида в товарной точке была недостаточной (~2%) для организации сернокислотного производства. Это обстоятельство послужило основанием для поиска других вариантов интенсификации и модернизации ОП и одновременно разработкой в химической технологии более дешевых способов утилизации бедных серусодержащих газов в сернокислотном производстве.