СНТ
Струйно-нишевая технология сжигания топлива
RUUAEN
04080, Украина, г. Киев, ул. Кирилловская, 102 +38 (044) 462-52-62
unsurtoto unsurtoto unsurtoto
  1. СНТ
  2. Агломерационные машины
Агломерационные машины


М.А. Томаш, Б.В. Изотов, А.Е. Турбаба, М.З. Абдулин, Г.Р, Дворцин, М.В. Гребиная

ЧАО «Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича», Мариуполь
Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
Производственное объединение «Струйно-Нишевая Технология», Киев

Модернизация горелочного оборудования зажигательных горновагломерационных машин аглофабрики ЧАО «ММК им. Ильича»

Описаны результаты модернизации зажигательных горнов и замены существующих горелочных устройств ГНП-6 на современные СНТ-22, реализованные на агломерационных машинах аглофабрики ЧАО «ММК им. Ильича».

Ключевые слова: агломерационная машина, горелочное устройство, струйно-нишевая технология, энергосбережение, сжигание топлива, зажигательный горн.

Повышение качества продукции и снижение ее себестоимости является одним из важнейших вопросов, которые стоят перед отечественной металлургией. ЧАО «ММК им. Ильича» входит в состав Металлургического дивизиона группы МЕТ-ИНВЕСТ и является одним из лидеров металлургии Украины с полным металлургическим циклом. Основными принципами компании в области энергетики является обеспечение надежного энергоснабжения производства, повышение уровня энергетической независимости, разработка процессов и проектов по улучшению энергоэффективности, постоянное улучшение эффективности использования энергии и энергосбережения.

Аглофабрика (АФ) ММК им. Ильича - крупнейшая в Европе, с производительностью 12 млн. тонн агломерата в год. Двенадцать агломерационных машин (AM)обеспечивают сырьем доменные цеха ММК им. Ильича и МК «Азовсталь». На данный момент на ЧАО «ММКим. Ильича» проводится модернизация аглофабрики, что позволит не только снизить расход топлива, но и существенно улучшить ситуацию с экологией в городе Мариуполь. Инвестиции в этот проект составят 220 млн. долларов, а выбросы пыли снизятся в11 раз. Работы по реконструкции стартовали 25 мая2015 г., когда агломашина № 1 была остановлена на капитальный ремонт. Уникальность проекта заключается не только в его инвестиционном и экологическом масштабе, но также в том, что все основные работы будут проходить на действующей АФ, то есть с минимальными остановками AM. В ходе модернизации запланирована замена устаревшего оборудования на современное, реконструкция складов угля и концентрата, а также установка новых очистительных циклонов итальянской компании Termokimik Corporation и модернизация зажигательных горнов.

Для оптимальной организации рабочего процесса спекания агломерата необходимо обеспечить сжигание максимально возможного количества топлива в пространстве под горном с организацией высокой температурной равномерности на паллете, однако этот процесс затруднен ввиду незначительного расстояния от фронта горелочных устройств (ГУ) до поверхности агломерата и интенсивного разрежения, создаваемого эксгаустером в этом объеме. Штатные горелки ГНП-6 по своей конструкции не могли в полном объеме обеспечить выполнение этой задачи. Это происходило по причине следующих недостатков, присущих всему семейству ГУ с закруткой потока воздуха:

- в результате стратификации (разделения) потоков топлива и окислителя, имеющих разный удельный вес (воздух 1,3 кг/м3, газ 0,7 кг/м3), под действием центробежной силы, вызванной закруткой воздушного потока в ГУ (рис. 1, а), значительная часть воздуха отбрасывается к периферии, а значительная часть газа остается в центре потока топливно-воздушной смеси. Это приводит к неравномерности поля температур на выходе из ГУ, а следовательно, и к неравномерному прогреву агломерата;

- концентрационная неравномерность распределения топлива в потоке окислителя наряду с диффузионным механизмом горения (время смешения топлива и окислителя значительно превышает время протекания химической реакции), реализуемом в штатных ГУ, приводят к затягиванию факела, догоранию топлива за пределами горна и слоя агломерата, снижению теплонапряженности топочного пространства горна и, следовательно, снижению уровня температур в этом пространстве что требует дополнительных затрат топлива на поддержание его необходимых для нормальной работы значений;

- ухудшение стабилизирующих свойств факела закрученного потока топливо – воздушной смеси не                  позволяет штатным ГУ работать в широком диапазоне изменения нагрузок агломашины и в тех случаях, когда необходимо вывести агломашину на временный останов для проведения текущих технологических или ремонтных операций. В этих ситуациях газ автоматически перекрывается и операторы вынуждены запускать агломашину по-новому, при этом теряя драгоценное время и увеличивая нагрузку на персонал:

- при вращении потока высокотемпературных продуктов горения на выходе из ГУ происходит их наброс на стенки амбразур и на элементы футеровки горна агломашины, что приводит к их более быстрому выходу из строя и сокращению межремонтных периодов.

 

Рис.1. Традиционные аэродинамические схемы работы горелочных устройств: а – закрутка потока окислителя; б – зона обратных токов за плохообтекаемым теплом

Для усовершенствования процесса и снижения расхода природного газа (ПГ) на зажигание аглошихты было принято решение заменить существующие горелочные устройства на современные горелки, а также выполнить модернизацию зажигательного горна. В ходе проработки вариантов была выбрана струйно-нишевая технология сжигания топлива (СНТ), реализующаяся в горелочных устройствах СНТ-22 (рис. 2),  

которые позволили оптимизировать аэротермохимию технологического процесса. Основными принципами СНТ являются: равномерное распределение горючего в потоке окислителя, создание компактной устойчивой вихревой структуры в результате взаимодействия системы струй горючего в сносящем потоке окислителя с течением в нишевой полости для обеспечения смесеобразования и надежной стабилизации факела, обеспечение микродиффузионного механизма горения, самоохлаждение ГУ горючим и окислителем.

Проблемы, связанные с использованием горелок ГНП-6 успешно решены применением СНТ:

- за счет реализуемых принципов струйно-нишевой технологии имеет на выходе из ГУ СНТ поле температур с высокой равномерностью распределения (рис 3);

- за счет равномерного распределения топлива в потоке окислителя, а также за счет промежуточного, между диффузионным и кинетическим (микродиффузионным), механизма горения, реализованного в ГУ СНТ, газ сжигается в коротком факеле с высокой теплонапряженностью топочного пространства горна, что приводит к снижению требуемого количества топлива для поддержания необходимых температур;

- существенно снижен унос топлива в нерабочие зоны агломашины;

- ГУ СНТ работают во всем диапазоне возможных изменений мощности агломашины.

Монтаж горелочных устройств СНТ легко осуществляется на места установок штатных ГУ. С июля 2015 г. работает агломашина № 1 с модернизированным зажигательным горном и горелками фирмы СНТ

К концу 2015 г. уже модернизированы 3 агломерационные машины (AM №№ 1, 2, 3), и к марту 2016г.заменены горелки на еще 6 машинах (AM №№ 4, 5,7, 8, 9, 11). Вид установленных горелок с внутренней и внешней стороны зажигательного горна представлено на рис. 4.

 

В результате модернизации и последующей совместной отладки модернизированных машин специалистами «ММК им. Ильича» и СНТ получены следующие результаты:

- на рабочей AM № 8 достигнут режим горения, обеспечивающий удовлетворяющее спекание при минимальном расходе газа: на номинальном режиме, машина потребляет 380 м3/час природного газа и 4000 м3/час воздуха (для сравнения, до модернизации эта же машина потребляла порядка 600-650 м3/ч природного газа и 5200-5500 м3/ч воздуха);

- общее снижение расхода природного газа на агломашинах, за счет замены горелок, составило 25-35% (рис. 5);

        

- обеспечена стабильность качества производимого агломерата; выход 2-х сортов по фракции снижен с 7,52 (факт ноября 2015 г.) до3,29% (факт мая 2016 г.), что свидетельствует об улучшении качества спекания агломерата.

ВЫВОДЫ

Штатные горелки типа ГНП-6, установленные на агломерационных машинах, имеют ряд недостатков, таких как неравномерности поля температур, на выходе из ГУ, неполное сгорание топлива в факеле, отброс факела к стенкам топочного пространства и др., что свидетельствует о необходимости их замены на более современные горелочные устройства.

Замена штатных горелок на ГУ СНТ-22 позволила достигнуть высокой равномерности распределения температурного поля по ширине паллета, полного сжигания природного газа в коротком факеле с высокой теплонапряженностью топочного пространства горна, снижения уноса топлива в нерабочие зоны агломашины.

Общее снижение расхода природного газа за счет модернизации зажигательных горнов агломашин составило 20-25%. Удельный расход природного газа на зажигание аглошихты был снижен с 4,283 (факт ноября 2015 г.) до 2,735 м3/т (факт мая 2016 г.).

Замена горелок позволила обеспечить стабильность качества производимого агломерата. Выход 2-х сортов по фракции снизился с 7,52 (факт ноября 2015 г.) до 3,29% (факт мая 2016 г.), что свидетельствует об улучшении качества спекания агломерата.