Уголь Pci, что это такое

Обновлено: 01.07.2024

Вдувание пылевидного угля (ПУТ) — это процесс, который включает вдувание больших объемов мелких угольных гранул в доменную печь. Это обеспечивает дополнительный источник углерода для ускорения производства металлического железа, снижая потребность в производстве кокса. В результате потребление энергии и выбросы могут быть снижены. Однако, поскольку кокс обеспечивает физическую опору и газопроницаемость в доменной печи, его полная замена невозможна. Количество угля, которое может быть введено, будет зависеть от качества угля и кокса, геометрии печи и методов эксплуатации. Максимальный уровень угля, который может быть введен в фурму, составляет около 0,27 т/т чугуна (ТМ). Использование кислородного угля позволяет увеличить впрыск угля примерно на 20 % и соответственно сократить количество кокса (Worrell et al., 2010).

При вдувании 170–200 кг/т ТМ в современных доменных печах расход кокса составляет 286–320 кг/т ТМ. Однако в 2005 г. глобальный средний показатель PCI оставался на уровне 125 кг/т ТМ (IEA, 2007, стр. 117). Хотя PCI увеличивает затраты на дополнительную подачу кислорода, техническое обслуживание доменной печи и измельчение угля, они компенсируются снижением затрат на производство/покупку кокса, что обеспечивает общее снижение затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание. Стоимость установки PCI во многом зависит от размера доменной печи и компоновки установки. Компоновка предприятия может затруднить установку аксессуаров PCI с некоторыми альтернативными вариантами, что в конечном итоге приведет к увеличению затрат на установку.

Хотя считается, что эта технология имеет большой потенциал для применения в Китае и Индии, в случае США закачка природного газа может оказаться более рентабельной мерой.

Затраты и выгоды от вдувания пылеугольного топлива

Каждая тонна закачиваемого угля позволяет сократить производство кокса на 0,85–0,95 тонны. Экономия энергии оценивается в 3,76 ГДж/т инжектируемого угля. (Уоррелл и др., 2010 г., стр. 83–84)

Если бы средняя скорость вдувания пылеугольного топлива на глобальном уровне составляла 180 кг/т чугуна, можно было бы сэкономить около 10 Мт CO ₂.

Можно ожидать снижения затрат в диапазоне от 16 до 33 долларов США за тонну чугуна, что снизит себестоимость производства чугуна примерно на 4,6%.

Инвестиции в оборудование для помола угля оцениваются в $50-55/т закачки угля.

Система вдувания пылевидного угля (PCI) для доменных печей

В прошлом реакции в доменной печи стимулировались закачкой мазута в качестве вспомогательного топлива вместе с дутьем и кислородом. Тяжелая нефть была заменена пылевидным углем после нефтяного кризиса. Это позволило использовать дешевый уголь, например некоксующийся. Кроме того, количество используемого кокса можно уменьшить, если вводить большое количество пылевидного угля. Поэтому в последние годы для снижения производственных затрат, а также продления срока службы коксовых печей используются системы вдувания пылеугольного топлива (ПУТ).

Решения

200 以上 кг/трубка-т

Это установка, направленная на продление срока службы коксовой печи и снижение себестоимости производства за счет прямого вдувания дешевого угля в доменную печь вместо дорогого кокса и обильного вдувания высокотемпературного PCI (200 кг/чугун- т больше) доступно.

Промежуточная перегрузочная станция Steel Plantech может обрабатывать большие расстояния до 1,5 км между установками измельчения и сушки до установки впрыска. Это позволяет устанавливать оборудование для измельчения и сушки на расстоянии от доменной печи, поэтому эту систему вдувания пылеугольного топлива (ПУТ) можно установить, даже если пространство вокруг доменной печи ограничено.

Ссылки

Техническая информация

Особенности объекта

Система вдувания пылеугольного топлива (PCI) имеет следующие особенности:

Простая система подачи пылевидного угля из резервуаров для нагнетания в распределитель по одной трубе и распределения его на фурмы в распределителе;
Система транспортировки с плотной фазой (отношение твердой фазы к газу 30 кг/кг или более), которая снижает потребление транспортирующего газа на 50 % по сравнению с системой транспортировки с разбавленной фазой;
транспортировка при низких скоростях газа (5 м/с и ниже), не требующая принятия мер против износа дорогостоящих труб;
Внедрена автоматическая система продувки, обеспечивающая немедленное обнаружение засорения нагнетательных труб; и
Сосуды для инъекций переключаемого типа (конструкция бок о бок), которые обеспечивают снижение стоимости конструкции и оборудования.

Система впрыска пластиковых отходов (WPIS)

В качестве сопутствующей технологии компания Steel Plantech поставила системы для впрыскивания пластиковых отходов в качестве восстановителя для доменных печей из фурм. Особенности объекта следующие:

Мощность 30 000 т/год;
Стабильный и постоянный механический питатель (настольный питатель), который обеспечивает:
- простую регулировку количества впрыска и
- высокую точность количества впрыска;
Принята разветвленная система, в которой одна инжекционная труба может быть разделена для распределения на две фурмы, что улучшает тепловой баланс печи;
Принята автоматическая система продувки, которая немедленно обнаруживает засорение впускных труб;
Используется накопительный бункер большой емкости (300 м 3 ) и механическая система разгрузки, обеспечивающая постоянную разгрузку; и
Сосуды для инъекций переключаемого типа (конструкция бок о бок), которые обеспечивают снижение стоимости конструкции и оборудования.

JP Steel Plantech Co.
Kaneko 2nd Building 4-9F
2-6-23 Shin-yokohama, Kohoku-ku, Yokohama 222-0033 JAPAN

Относительная важность различных аспектов качества угля PCI менялась по мере совершенствования технологии закачки и увеличения скорости закачки. В конце 1970-х годов, вызванный нефтяным кризисом, возобновился интерес к PCI, и уголь стал рассматриваться как экономическая замена нефти. Поскольку воспламеняемость считалась важной, угли, используемые для PCI, были энергетическими углями. В то время энергетические угли были легко доступны и стоили гораздо дешевле, чем твердые и полумягкие коксующиеся угли. Поскольку понимание влияния качества угля на производительность доменной печи возросло, за последние 5 лет увеличился спрос на уголь с низким содержанием летучих веществ.

Экономическая выгода. Основным экономическим преимуществом является замена дорогостоящего коксующегося угля, хотя также наблюдаются и другие преимущества, такие как повышение производительности. Коэффициент замещения представляет собой килограммы кокса, заменяемого на килограмм впрыснутого угля, и указывается как «фактический» или «скорректированный» коэффициент замещения. «Скорректированный» коэффициент замещения рассчитывается с учетом других изменений энергетического и массового баланса доменной печи, влияющих на расход кокса, например, температуры дутья.
Фрезерование и удобство обращения . Основные эксплуатационные расходы, помимо затрат на уголь, связаны с измельчением и подачей угля в доменную печь. Индекс измельчаемости Hardgrove (HGI) является хорошим индикатором ожидаемого поведения угля при измельчении. Высокий HGI мягкого угля позволяет мельнице работать с более высокой производительностью мельницы при той же или меньшей потребляемой мощности мельницы. Гранулометрический состав угля может влиять на его воспламеняемость и удобство обращения с углем в бункерах и перегрузочных линиях. Многие проблемы с обработкой связаны с неэффективной сушкой пылевидного угля на мельнице, что приводит к конденсации в бункерах и питающих линиях.
Эксплуатация доменной печи. Качество закачиваемого угля может влиять на качество чугуна, стабильность работы доменной печи и состав колошникового газа. Зола закачиваемого угля может действовать как ингибитор окислительного процесса, является основным доставщиком нежелательных щелочей и потребляет энергию плавки.

Недавний обзор влияния PCI на производительность доменной печи был завершен компанией CoalTech для ACARP. Это расширяет предыдущую работу с использованием модели массы и энергии, чтобы показать, как свойства закачиваемого угля могут влиять на производительность доменной печи Bennett (2004) .

Рисунок 1. Мировые показатели потребления кокса и PCI. Расчетное влияние углей высокого и низкого давления на коксование определяется на основе коэффициента замещения типичных углей.

На рис. 1 показано, как расход кокса зависит от расхода вдувания пылеугольного топлива. Большой разброс на этом графике связан с тем, что данные берутся из среднемесячных показателей ряда доменных печей в разных странах, использующих вдувание широкого спектра углей. Кривая наилучшего соответствия этим данным действительно указывает на снижение дополнительной экономии кокса при скорости вдувания свыше 200 кг/т ТМ. В данных отражена различная философия эксплуатации в Европе (ЕС), Японии (JP) и Китае (CH). Как правило, европейцы стремятся к более низким расходам топлива при сохранении производительности, тогда как японцы стремятся к более высокой производительности при высоких расходах топлива.

Школа металлургического машиностроения Сианьского архитектурно-технологического университета, Сиань 710055, Китай

История публикаций

Получено 19 мая 2021 г.
Принято 1 октября 2021 г.
Опубликовано в Интернете 21 октября 2021 г.
Опубликовано в выпуске от 2 ноября 2021 г.

Просмотры статей

Альтметрия

Цитаты

Просмотры статей — это сумма загрузок полных текстов статей с ноября 2008 года (как в формате PDF, так и в формате HTML) в соответствии со СЧЕТЧИКОМ для всех организаций и частных лиц. Эти показатели регулярно обновляются, отражая использование за последние несколько дней.

Цитирование — это количество других статей, цитирующих эту статью, подсчитываемое Crossref и ежедневно обновляемое. Узнайте больше о подсчете цитирований Crossref.

Аннотация

Для исследования физических и химических свойств летучей пыли сталелитейных заводов и шлама отработанных масел используются различные методы характеризации, а характеристики горения смесей с пылевидным углем изучаются с помощью термогравиметрического анализа; также исследуется каталитический механизм горения. Результаты показывают, что два типа побочных продуктов металлургического производства с малыми размерами частиц и развитыми порами равномерно диспергированы в пылеугольном топливе и устойчиво с ним связаны. Присадки снижают температуру воспламенения и температуру, соответствующую максимальной скорости горения пылевидного угля; одновременно они увеличивают тепловыделение при сжигании пылеугольного топлива. На стадии пиролиза пылевидного угля тепло, выделяемое при сгорании органических компонентов в шламе отработанного масла, способствует реакции крекинга и улучшает развитие микропор полукокса. На стадии сжигания полукокса явления дезактивации катализатора не происходит при соотношении неорганических компонентов в двух типах металлургической пыли и шлама. Две добавки заметно снижают энергию активации реакции горения.

1. Введение

Являясь одним из основных выбросов твердых отходов в процессе производства стали, металлургическая пыль и шлам (МДС) в основном образуются в системах сухого или мокрого сбора пыли и в системах очистки металлургических сточных вод. (1) В 2020 году производство МДС в Китае достигло ~110 млн тонн, и большая часть этого производства в настоящее время возвращается в процесс агломерации железной руды. В силу особенностей мелкодисперсного порошка, сложного состава и больших различий в компонентах МДС они отрицательно влияют на металлургические свойства агломерата и окатышей. (2)

В процессе вдувания пылевидного угля (ПУТ) в доменной печи (ДП) интенсификация сжигания пылевидного угля в желобе и фурме является ключом к увеличению коэффициента вдувания. (3,4) В дополнение к широко используемым технологиям, которые взаимодействуют с PCI, таким как обогащение кислородом и высокая температура воздуха горячего дутья, (5,6) технология каталитического сжигания угля PCI в последние годы привлекла внимание исследователей-металлургов. . (7) С точки зрения химических реакций добавление подходящего количества соответствующих добавок к углю PCI может снизить энергию активации реакции горения, увеличить скорость горения и повысить эффективность его горения. Однако существует множество ограничений на выбор добавок; например, некоторые материалы с превосходным каталитическим эффектом дороги в использовании, а некоторые вызывают коррозию BF или загрязняют его продукцию.

Недавно, основываясь на характеристиках МДС, которые содержат относительно высокое соотношение соединений Fe и Са с каталитической горючей активностью, некоторые исследователи предложили использовать МДС в качестве каталитической добавки для PCI. (8-15) Это не только реализует замкнутый цикл поглощения пыли и шлама в металлургическом процессе, но также улучшает характеристики сгорания PCI. (9) Сенк и др.. (10) проверили возможность вдувания такой металлургической пыли в доменную печь путем моделирования процесса вдувания пыли и пылевидного угля в шахту доменной печи. Оквист и др.. (11) обнаружили, что добавление в уголь конвертерного шлака или пыли доменной печи может повысить эффективность сгорания. Наши исследования показывают, что среди нескольких типов распространенных MDS конвертерная пыль, то есть летучая пыль сталелитейных заводов (SFD), обладает относительно высокой каталитической активностью, улучшающей горение, поскольку она содержит переходные металлы и соединения щелочноземельных металлов. (12-14) Источник пыли, способы добавления и соотношение добавок существенно влияют на каталитическую активность. (15)

В процессе производства стали существует особый и сложный в обращении тип MDS, называемый шламом отработанного масла (WOS).ВОС представляет собой трехфазную смесь, образованную сочетанием отработанного машинного масла, образующегося при эксплуатации металлургического технологического оборудования, воды и железосодержащей пыли. Это серо-черный нефтяной шлам с резким запахом, обозначенный как опасные отходы в Законе о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRT). (16−18) По оценкам, на каждую тонну произведенной стали образуется 0,86 кг ВОС, (19) а годовой объем нефтешламов на многочисленных крупных металлургических заводах достигает десятков тысяч тонн. Современные методы переработки нефтешламов в основном следующие: химическая экстракция, (20) сжигание, (21,22) биодеградация, (23,24) и пиролиз. (25,26) Однако у большинства этих методов есть проблемы, такие как высокие инвестиционные затраты, сложное техническое обслуживание оборудования, низкая эффективность использования и загрязнение окружающей среды. (20,27,28) Таким образом, на металлургических предприятиях за длительный период накопилось большое количество ВОС, и это количество увеличивается; такие накопленные WOS не только занимают землю и загрязняют окружающую среду, но и растрачивают ресурсы. (29) Подобно SFD, WOS содержит высокое соотношение соединений Fe и Ca, которые, возможно, вызывают каталитический эффект горения; кроме того, органическое вещество в WOS проявляет хорошую реакционную способность при горении. (23) Таким образом, настоящая работа также исследует возможность использования WOS в качестве добавки для сжигания угля PCI.

Состав МДС сложен, и его можно рассматривать как композиционную добавку. Многочисленные исследования (30-33) показали, что различные компоненты композиционной добавки имеют различные эффекты и механизмы действия на дегазацию угля и горение полукокса в процессе сжигания угля. Однако наши предыдущие исследования показали, что существует явление каталитической дезактивации спекания между оксидом кальция и оксидом железа в пыли при определенном соотношении и температурных условиях. Когда соотношение Fe и Ca составляет 8:2, Fe₂O₃ и CaO реагируют с образованием CaO·Fe₂O₃ при температурах 700–1000 °С, что приводит к спеканию и уменьшению удельной поверхности катализатора. При соотношении Fe к Ca 2:8 образование 2CaO·Fe₂O₃ при 800–900 °C снижает скорость и полноту сгорания. (32) Устранение этих недостатков может значительно улучшить каталитический эффект пыли. (34) На сегодняшний день углеродно-кислородный механизм каталитической реакции в основном включает теорию переноса электрона, (35) теорию переноса кислорода, (36) механизм спилловера, (37) механизм растворения углерода, (37) и механизм объемной диффузии. (38) Из этих теорий механизм объемной диффузии привлек значительное внимание, поскольку он может объяснить некоторые явления («каналы» и изотопный эксперимент), которые не могут быть объяснены другими теориями. (39,40) В этой теории атомы углерода могут растворяться на границе раздела углерод-катализатор и проникать внутрь, затем диффундировать в катализатор и, наконец, достигать поверхности газ-катализатор и вступать в контакт с молекулами кислорода, адсорбированными на поверхности катализатора, для ускорения углеродно-кислородная реакция.

Чтобы улучшить характеристики сжигания угля PCI в шахте и переработать ресурсы MDS, изучается влияние и механизм SFD и WOS на характеристики горения антрацита. Во-первых, применяются различные методы характеризации для изучения основного состава и физических, а также химических свойств SFD и WOS с акцентом на анализе органического состава и характеристик термического разложения WOS; во-вторых, методом термогравиметрии (ТГ)-дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) исследовано влияние МДС в различных соотношениях на характеристические параметры горения пылевидного угля; наконец, анализируется влияние добавок на структуру полукокса и взаимодействие между каталитическими компонентами при дегазации, а также сравниваются изменения энергии активации горения пылевидного угля до и после введения добавок. На основании приведенных выше результатов предлагается каталитический механизм горения.

Читайте также: