Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego w wielkim piecu

ZESZYTY N A U K O W E P O L IT E C H N IK I Ś L Ą S K IE J Seria: E N E R G E T Y K A z. 124

1995 N r kol. 1278

A ndrzej Z IĘ B IK , W ojciech S T A N E K

ZASTOSOWANIE PYŁU WĘGLOWEGO JAKO PALIWA ZASTĘPCZEGO W WIELKIM PIEC U

S tr e sz c z e n ie .

W p ra cy przedstaw iono ocenę efektów energetycz­

nych tow arzyszących w d m u c h iw a n iu p y łu węglowego ja k o p a liw a za­

stępczego do w ie lk ic h pieców. Zastosowano m etodę bilansow ą „in p u t- o u tp u t” p rz e w id y w a n ia w sk a ź n ik ó w energetycznych zespołu w ie lko p ie ­ cowego. Przeprowadzono analizę ilościow ą w p ły w u d odatku p y łu węglo­

wego na jednostkow e zużycie ko ksu i dm uchu, n a jednostko w ą p ro d u ­ kcję gazu wielkopiecowego oraz na jednostko w e zużycie gazu w n a ­ grzew nicach i ilość gazu d la zew nętrznych odbiorców. Przedstawiono rów nież w y n ik i w e ry fik a c ji zastosowanej m etody bilansow ej.

APPLICATIO N OF COAL D U ST A S AUXILIARY FUEL IN BLAST FURNACES

Su m m ary.

The paper presents an e v a lu a tio n o f th e energy effects of coal d u st in je c tio n in to th e tu ye re zone o f a b la s t furnace. The “in p u t- o u tp u t” balance m ethod o f p re d ic tin g th e energy characteristics o f a b la st-fu rn a ce p la n t has been ta k e n in to account. The q u a n tita tiv e analysis o f th e influ e n ce o f coal d u s t in je c tio n concerns th e fo llo w in g energy characteristics: specific consum ption o f coke and blast, specific p ro d u ctio n o f top-gas and specific consum ption o f top-gas in Cowper- stoves, as w e ll as by e x te rn a l consumers. The re s u lts o f th e v e rific a tio n o f th e „in p u t-o u tp u t” balance m ethod have been presented, too.

IIPHMEHEHHE YTOJIbHOH nbIJIH KAK 3AMEHHTEJM KOKCA ĄOMEHHOH IJEHH

Pe3K)Me.

B paóoTe npeącTaBjieHa oqeHKa 3HepreTHaecKnx scjjcbeKTOB

ąodaBKH yrojibHOH num xax 3aMeHHTena KOKca b aomchhoh nean. IIpHMeHeH

óajraHCHbiił MeToą; nporH03HpoBaHna 3HcpreTnaecKMX iiOKasaTejiCH

ąoMeHHoro qexa. CpejiaH aHajiH3 R/in«Hna ąoąaBKH yrojibHoft rujan Ha

yąejibHHH pa3X0fl KOKca, flyTba, ypeabHoe kojihhcctbo xhmmhcckow 3Heprnn

ąowcHHoro ra3a, yąejibHHii pocxo# xmmhhcckoh 3Heprnn ąo.wenHoro ra3a b

HarpcBaTejrax /jyrba h ko.íihmcctbo poMeHHoro ra3a CHaóxcaiomero

ra303HeprcTHMecKyK) CHCTeMy MeTaajiyprnaecKoro 3aBoąa.

122 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

1. W P R O W A D ZE N IE

Jednym z najw ażniejszych czynników decydujących o koszcie produkcji su ró w k i w procesie w ielkopiecow ym je s t zużycie koksu. Funkcje energetyczna i chem iczna spełniane przez koks w w ie lk im piecu mogą być częściowo zastę­

powane przez inne p a liw a w dm u ch iw a n e do s tre fy dysz, zwane p a liw a m i zastępczymi. Jako p a liw a zastępcze m ożna stosować:

a) p a liw a gazowe: gaz ziem ny, gaz koksow niczy, b) p a liw a ciekłe: oleje opałowe (szczególnie m azut), c) p a liw a stałe: głów nie w ęgiel k a m ie n n y w postaci p yłu.

P rzy doborze rodzaju p a liw a zastępczego pow inno się uw zględniać następu­

jące k ry te ria :

a) wielkość nakładó w in w e stycyjn ych na in sta la cje przygotow ania i w dm u­

ch iw a n ia p a liw a zastępczego,

b) wartość w spółczynnika zam iany koksu p rz y stosow aniu danego rodzaju p a liw a oraz stosunek ceny je d n o s tk i p a liw a zastępczego do ceny jednostko­

wej koksu,

c) w p ły w w d m u ch iw a n ia danego rodzaju p a liw a zastępczego na w skaźniki energetyczne i technologiczne procesu wielkopiecowego (k ry te riu m to obej­

m uje w p ły w w d m u c h iw a n ia p a liw a na zwiększenie w ydajności procesu).

W d m u ch iw a n ie p a liw gazowych pociąga za soba najniższe n a k ła d y inwes­

tycyjne na dodatkowe instalacje. Koszt in w e s ty c y jn y in s ta la c ji do w d m u ch i­

w a n ia p a liw ciekłych je s t m nie jszy n iż dla p a liw stałych i w iększy n iż dla p a liw gazowych i obejm uje koszt urządzeń do m agazynow ania, podgrzewania i tra n s p o rtu p a liw a do dysz w ielkiego pieca. Zdecydowanie najw iększe n a k ła ­ dy inw estycyjne tow arzyszą w d m u c h iw a n iu p y łu węglowego, je d n a k od czasu ostatniego k ry z y s u energetycznego, k ie d y to g w a łto w n ie w zro sły ceny oleju opałowego i gazu ziemnego, p y ł w ęglow y je s t najczęściej stosowanym paliw em zastępczym w w ie lk ic h piecach h u t Zachodniej Europy. Obecnie ilość w d m u ­ chiwanego p y łu przekracza 150 k g /t sur. p rz y równoczesnym zużyciu koksu poniżej 300 k g /t sur.

Porów nanie nakła d ó w in w e stycyjn ych w odniesie niu do jednostkow ej ilości w dm uchiw ariego p a liw a zastępczego przedstaw iono w ta b lic y 1 [16]:

T a b li c a 1 N a k ł a d y i n w e s t y c y j n e n a i n s t a l a c j e w d m u c h i w a n i a p a l i w a z a s t ę p c z e g o d o w i e l­

k ie g o p i e c a [16]

Rodzaj paliwa zastępczego

Nakłady inwestycyjne w odniesieniu do jednostkowej ilości wdmuchiwanego paliwa

zastępczego [$/t paliwa]

1. Gaz ziemny 2 ,5 -4 ,0

2. Olej opałowy 10,0-15,0

3. Pył węglowy 90,0-100,0

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 123

Podstawą decyzji o zastosow aniu w d m u c h iw a n ia p y łu węglowego pow inna być a n a liza ekonom iczna u w zględn iająca ilościow ą ocenę efektów energetycz­

nych tow arzyszących w d m u c h iw a n iu p y łu węglowego.

W nin ie jsze j p ra cy przedstaw iono ocenę efektów energetycznych w p rz y ­ padku H u ty Katow ice. Prognozy te j dokonano m etodą teoretyczno-doświad- czalną ta k zw aną m etodą „in p u t-o u tp u t” [13]. D odatkow o przedstaw iono we­

ryfika cję te j m etody opierając się na danych eksploatacyjnych w ielkiego pieca pracującego z w d m u ch iw a n ie m p y łu węglowego oraz omówiono typow e in s ta ­ lacje w d m u c h iw a n ia p y łu węglowego do w ie lkie g o pieca.

2. T E C H N O L O G IA W D M U C H IW A N IA P Y Ł U W ĘG LO W EG O

In sta la cje w d m u c h iw a n ia p y łu zasilane są z in s ta la c ji przygotow an ia (m ie­

lenie i suszenie p y łu ) za pomocą in s ta la c ji tra n s p o rtu pneumatycznaego.

N ośnikiem p y łu je s t najczęściej sprężone i osuszone pow ietrze. Zadaniem in s ta la c ji w d m u c h iw a n ia je s t zasila n ie dysz w ie lkie g o pieca określonym i ilo ­ ściam i p y łu węglowego. N a le ży pam iętać, b y ilość zimnego czynnika tra n s ­ portującego p y ł do dysz w ie lkie g o pieca b y ła m o żliw ie ja k najm niejsza, gdyż w p ływ a ona na obniżenie te m p e ra tu ry w s tre fie dysz. M ieszanina p y ło w o - p o w ie trzn a nie może być podgrzew ana ze w zględu na m ożliwość w ystą p ie n ia samozapłonu.

W śród in s ta la c ji w d m u c h iw a n ia p y łu węglowego m ożna w yróżnić:

1. In sta la cje bazujące na za s ila n iu pyłem w ęglow ym z zasobnika ciśnieniowe­

go przewodów doprowadzających p y l do dysz lu b jednego przew odu zbior­

czego.

2. In sta la cje wyposażone w m echaniczne urządzenia zasilające przewody tra n sp o rtu ją ce p y ł do dysz.

2.1. P r z y k ła d y r o z w ią z a ń k o n str u k c y jn y c h

2.1.1. P rzykład instalacji z indyw id u alnym zasilaniem z zasobnika ciśnienio­

wego (Projekt firm y Petrocarb Inc)

N a ry s u n k u 1 przedstaw iono schem at in s ta la c ji z in d y w id u a ln y m zasila­

n ie m ze z b io rn ik a ciśnieniowego. P y ł w ęglow y pod w p ływ e m podwyższonego ciśn ie n ia opuszcza zasobnik zasilający, następn ie w tzw . „ tr ó jn ik u ” zostaje zassany przez s tru m ie ń sprężonego azotu lu b pow ietrza, za pomocą którego tra n s p o rtu je się go do odpow iedniej dyszy. Z b io rn ik ciśnieniow y posiada liczbę w y lo tó w ró w n ą liczbie dysz w w ie lk im piecu.

Z b io rn ik ciśnieniow y je s t za sila n y sprężonym azotem (gazem obojętnym), k tó r y pozw ala u trz y m y w a ć odpow iednią n adw yżkę ciśn ie n ia względem ciśnie­

n ia w okrężnicy dm uchu wielkopiecowego. A zo t słu ży rów nież do u trz y m y w a ­

124 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

n ia stężenia tle n u w zbiorni­

k u poniżej stężenia odpowia­

dającego granicy palności.

Porcje pobieranego pyłu ze zb io rn ik a są określane przez system ważenia (og­

n iw a obciążnikowe). Jeżeli ilość wdm uchiw anego pyłu odchyla się od zadanej w a r­

tości korekcję przeprowa­

dza się poprzez zm ianę ciś­

n ie n ia w zasilaj ącym zbior­

n ik u ciśnieniow ym . Jeżeli ilość p y łu w zbiorniku zasilającym spadnie poniżej nastaw ionej w artości, zo­

staje podwyższone ciśnienie w z b io rn ik u m agazynują­

cym (pośrednim ) do tego sa­

mego poziomu co w zb io rn i­

k u zasilającym . Podczas ła ­ dow ania zb io rn ika zasilają­

cego ciśnienie je s t u trz y m y ­ wane na stałym poziomie (nie m a w ty m czasie m o żli­

wości korygow ania ilości w dm uchiw anego pyłu).

Przedstawiony system pozwala na dozowanie pyłu z dokładnością ±3% wartości zadanej. Przedstawiony u kła d zastosowano w Hucie Thyssen S tahl (Niemcy).

2.1.2. Przykład, instalacji z tzw. „pompami węgla” (Projekt firm y Koppers)

Jest to in s ta la c ja zaliczana do g ru p y in s ta la c ji z m echanicznym dozowa­

nie m p yłu . N a ry s u n k u 2 przedstaw iono system w d m u ch iw a n ia fir m y Kop­

pers. Podstawowym elem entem u k ła d u są ta k zwane pom py węgla, któ rych zadaniem je s t dozowanie p y łu do przewodów zasilających dysze. Głównym elem entem pom py je s t w ir n ik z k ie sze n ia m i um ieszczony w ściśle dopasowa­

nej obudowie. P ył z zasobnika opada pod w p ływ e m s ił ciężkości do otw oru na górze pom py i przenoszony je s t w kieszeniach do p u n k tu wyładowczego, w k tó ry m je s t poryw a n y przez przepływ ające pow ietrze. W ydajność je s t regulo­

w ana przez zm ianę prędkości obrotowej pompy.

Podstawowe w a d y te j in s ta la c ji to: szybkie zużyw anie się w irn ik a pompy oraz stosunkowo duże s tra ty pow ie trza przez nieszczelności.

Rys. 1. Schemat instalacji z indywidualnym zasilaniem z zasobnika ciśnieniowego (Projekt Petrocarb Inc) Fig. 1. Schematic of the Petrocarb system based on indi­

vidual feeders from a pressurized injection vessel

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 125

Węgiel

PO M PA W Ę G L A

Rys. 2. Schemat instala­

cji z tzw. „pompami wę­

gla” (Projekt firmy Köp­

pers)

Fig. 2. Schematic of the Koppers system

2.1.3. Instalacja z dozowaniem p y łu przez obrotowe zawory zasilające (Projekt firm y Paul W urth Company)

N a ry s u n k u 3 przedstaw iono in sta la cję w g p ro je k tu fir m y P aul W u rth Company (zaliczana do in s ta la c ji ty p u mechanicznego).

System w d m u c h iw a n ia składa się z trzech zasobników p y łu zainstalow a­

nych jeden nad d ru g im :

1) zasobnik rezerw ujący o pojem ności 160 m 3 (2 ), 2) zasobnik pośredni (m agazynujący) 18 m 3 (3 ),

3) zasobnik zasilający obrotowe zaw ory dozujące 45 m 3 (4) .

Z asobnik zasilający je s t połączony poprzez zaw ory obrotowe z przew odam i tra n s p o rtu ją c y m i p y ł do dysz. Ilość w dm uchiw anego p y łu re g u lu je się przez sterow anie pracą zaworów obrotowych. N o ś n ik ie m p y łu węglowego je s t sprę­

żone, osuszone i ochłodzone pow ietrze pobierane z przew odu zimnego dm uchu (przed nagrzew nica m i). Z asobniki w ypełnion e są p ow ietrzem (zasobnik zasi­

lający - 0,4 M Pa). W celu zapew nienia bezpieczeństwa pracy m iejsca szczegól-

10 Linii

Transportu]ących Pompy Węgla

Rys. 3. Schemat instalacji z dozowaniem pyłu przez obrotowe zawory zasilające (Projekt firmy Paul W urth Company)

Fig. 3. Schematic of the Paul W urth system

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 127

nie narażone na w ystą p ie n ie sam ozapłonu wyposażone są w system w d m u ch i­

w ania gazu obojętnego, k tó ry m je s t w ty m p rz y p a d k u C 0 2.

In s ta la c ja w d m u c h iw a n ia wyposażona je s t w system w ażenia (pom iaru stopnia w y p e łn ie n ia z b io rn ikó w ) ste ru ją cy pracą zaworów i n a pełn ianiem zbiorników . O pisaną in sta la cję w y k o rz y s tu je się do w d m u c h iw a n ia p y łu w Hucie D u n k ie rk a .

2.-1.4. Instalacja z trzema równolegle pracującym i zbiornikam i ciśnieniowymi zasilającym i wspólny przew ód transportujący p y ł do dystrubutora

(Projekt firm y Armco)

In s ta la c ja (rysu n e k 4) ta składa się z jednego zasobnika magazynującego rezerwę p y łu węglowego (150 ton), k tó r y w spółpracuje z trze m a zasobnikam i zasilającym i w spólny przew ód tra n s p o rto w y p yłu . C z yn n ikie m tra n s p o rtu ją ­ cym p y ł je s t sprężone pow ietrze. Rozdział p y łu do dysz następuje w d y s try b u ­ torze za in sta lo w a n ym n a wysokości a p a ra tu zasypowego pieca. Zasobniki podobnie ja k poprzednio wyposażone są w system w ażenia pozwalający na sterow anie ilością w dm uchiw anego p y łu . Ilość w dm uchiw anego p y łu można zm ieniać poprzez zm ianę ciśn ie n ia w zb io rn ik a c h zasilających. P rzy trzech

Zasobnik w ęgla

Rys. 4. Schemat instalacji z trzem a równolegle pracującymi zbiornikami ciśnieniowymi zasilającymi wspólny przewód transportujący pył do dystrubutora (Projekt firmy Armco)

Fig. 4. Armco pulverised coal injection equipment

128 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

pracujących zasobnikach jeden zasila d y s try b u to r p rz y piecu, d ru g i je s t pełny, o podwyższonym ciśn ie n iu - gotow y do w d m u ch iw a n ia , trzeci zasobnik je st n a p e łn ia n y lu b rów nież gotow y do pracy. U k ła d pozw ala na pracę z dwoma zasobnikam i.

C y k l pracy zasobnika:

- n a p e łn ia n ie (p rzy obniżonym ciśnieniu), - podwyższanie ciśnienia,

- oczekiwanie na przełączenie,

- rozładow anie z b io rn ik a (w dm uchiw anie), - obniżanie ciśnienia.

Do podw yższania ciśn ie n ia w zasobnikach stosuje się sprężony azot (gaz obojętny). W celu zabezpieczenia in s ta la c ji stosuje się:

- system w d m u ch iw a n ia C 0 2 w p rzyp a d ku w ystą p ie n ia zagrożenia,

- system detekcji w ystą p ie n ia podwyższonego ciśn ie n ia i zaw ory bezpieczeń­

stwa.

In sta la cję ty p u A rm co zainstalow ano w H ucie Hoogovens w H o la n d ii (rysu­

n e k 4, 5). System składa się z in s ta la c ji przygotow an ia p y łu o wydajności 2 45 t/h , k tó ra zasila (w sposób opisany w yżej) d y s try b u to ry p rzy piecach oddalone w ty m p rzyp a d ku od sta cji p rzygotow an ia i w d m u ch iw a n ia o 150 m.

Dystrybutor

Rys. 5. Schemat współpracy instalacji projektu Armco z dwoma wielkimi piecami huty Hoogovens

Fig. 5. Pulverised coal injection flow diagram

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 129

2.2. O góln a o c e n a sy ste m ó w w d m u c h iw a n ia 2.2.1. System y ze zb iornikam i o podw yższonym ciśnieniu

W adą tego ty p u in s ta la c ji je s t dość w ysoka k o n s tru k c ja nośna, w przypadku in s ta la c ji A rm co problem k o m p lik u je ponadto in s ta la c ja trzech zbiorników zasilających w ym agających dodatkow ej pow ierzchni. In sta la cje tego ty p u są bardziej w ra ż liw e na w a h a n ia ciśnień pom iędzy poszczególnymi dyszami, co może prow adzić do nierów nom iernego p rz e p ły w u w ęgla do dysz.

2.2.2. System y z urządzeniam i dozującym i typu mechanicznego

G łów ną korzyścią je s t m ożliwość in d y w id u a ln e g o regulo w a n ia przepływ u węgla do poszczególnych dysz oraz m niejsza zależność od w ahań ciśnienia niż w in sta la cja ch ze z b io rn ik a m i ciśn ie n io w ym i. W adą n a to m ia st są problem y z m echanicznym zużyw aniem części urządzeń dozujących (pom py - Koppers, obrotowe zaw ory - P aul W u rth ), ponadto gdy u k ła d w spółpracuje z piecem o podwyższonym ciśn ie n iu w g a rd zie li, należy podwyższyć ciśnienie w z b io rn i­

k u przed urządzeniem dozującym (P aul W u rth ).

3. S Y M U L A C J A E F E K T Ó W E N E R G E T Y C Z N Y C H ZA PO M O C Ą M E T O D Y B IL A N S O W E J

D odatek p y łu węglowego ja k o p a liw a zastępczego w p ływ a przede wszy­

s tk im na oszczędność koksu. Z m ia n ie ule g a ją także jednostkow e zużycie dm u­

chu, jednostko w a ilość i energia produkow anego ubocznie gazu w ie lko p ie ­ cowego, zużycie gazu w nagrzew nicach oraz ilość gazu oddawanego do podsy­

stem u gazoenergetycznego h u ty .

Prognozy w ska źn ikó w energetycznych w p rzy p a d k u w d m u ch iw a n ia p yłu węglowego m ożna dokonać p rz y u życiu teoretyczno-doświadczalnej metody

„in p u t-o u tp u t” .

Część teoretyczną m etody „in p u t-o u tp u t” stanow ią zasady zachowania ilo ­ ści substancji i e n e rg ii oraz p ra w a rządzące przepływ em ciepła w nagrze w n i­

cach dm uchu wielkopiecowego [13].

N a część dośw iadczalną m etody skła d a ją się ró w n a n ia em piryczne dotyczą­

ce w p ły w u ro zp a tryw a n ych pa ra m e tró w na skła d i tem eperatu rę gazu w ie lko ­ piecowego oraz p o m ia r jednorazo w y w ie lkie g o pieca. R ów nania em piryczne w yprow adza się na podstaw ie szeregu s e rii pom iarow ych uzyskanych z badań różnych w ie lk ic h pieców. Każde z ró w n a ń em pirycznych zaw iera jeden n ie ­ znany s k ła d n ik , zależny od specyfiki rozpatryw ane go procesu w ielkopiecow e­

go. N ieznane p a ra m e try ró w n a ń em pirycznych w yznacza się na podstawie p o m ia ru jednorazowego danego w ie lkie g o pieca. W efekcie otrzym uje się ró w ­ n a n ia opisujące w p ły w zm ian p a ra m e tró w procesu na skład i te m peraturę

130 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

gazu dla konkretneg o w ie lkie g o pieca. D ysponując w y n ik a m i pom ia ru je d ­ norazowego można wyznaczyć rów nież stałe procesu występujące w rów na­

n iach bilansów substancji i energii.

N a podstaw ie u k ła d u ró w n a ń bilansów uzupełnionego ró w n a n ia m i e m p iry­

cznym i m ożna dokonywać prognozy w ska źn ikó w energetycznych.

W p rzyp a d ku ro z p a try w a n ia w p ły w u w d m u c h iw a n ia p y łu węglowego na w s k a ź n ik i energetyczne ja k o p a ra m e try ustalone p rz y jm u je się ta k ie w ie lko ­ ści, ja k : te m p e ra tu ra i wzbogacenie dm uchu w tle n , ciśnienie w gardzieli, n a to m ia st zm ienną w sym u la cji je s t ilość w dm uchiw anego p y łu węglowego.

3.1. Z a ło żen ia te o r e ty c z n o -d o ś w ia d c z a ln e j m eto d y b ila n so w ej

M etoda „in p u t-o u tp u t” op a rta je s t na następujących założeniach:

a) w a ru n k i wsadowe i skład s u ró w ki są stałe w ro zp a tryw a n ym procesie, b) wydajność procesu je s t u trz y m y w a n a na poziom ie optym alnym , w y n ik a ją ­

cym ze stosowanych param etrów ,

c) b ila n s w ęgla i s ia rk i sporządza się łącznie,

d) zakłada się, że stałe w odniesieniu do je d n o s tk i su ró w ki są w danym procesie następujące w ielkości:

- różnica m iędzy ilością w ęgla + s ia rk i z a w a rtą w p roduktach nieener- getycznych a ilością w ęgla + s ia rk i w su b stra ta ch nieenergetycznych:

sta ła procesu a [k m o l/t s u r.],

- w ilgoć w sadu (bez w ilg o ci koksu): sta ła (3 [k m o l/t sur.],

- różnica m iędzy ilością tle n u w p ro d u kta ch nieenergetycznych a ilością tle n u w substratach nieenergetycznych: sta ła

y

[k m o l/t sur.],

- różnica m iędzy sum ą e n ta lp ii p ro d u k tó w nieenergetycznych a entalpią substratów nieenergetycznych stała: 8 [k J /t sur.] .

3.2. U k ła d r ó w n a ń b ila n so w y c h m e to d y „ in p u t-o u tp u t”

a) Połączony bilans w ęgla i s ia rk i:

K - P ^ Ck

Ck s k 12 32 + F

/ \

Cp S p

12 + 32 V

: oc + G (C 0 2g + COq) (3.1) y

b) B ila n s wodoru:

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 131

c) Różnica bilansów tle n u i wodoru:

'

^{c w}

K - P - *

CK

o k _ hK

32 4

Op h F

Ś ~ T + 0-211

^{+ d o2D -}

(3.3) - Y + G ^{c o}2G + | c o g- | h2G

d) B ila n s azotu:

D(1 - 0 2G) + F

e) B ila n s energii:

s f + 0,791 ; G(1 - C 0 2G - COG - H 2G) (3.4)

K - P ^ Ck

■ dx + F(dp + i p ) + D ( i D + X ZD i x n )

= 8 + G (dG + i G + X ZG + i XG) + Q_O

(3.5)

Qow - s tra ty ciepła do otoczenia i wody chłodzącej wyrażone w jednostkach e n e rg ii n a tonę su ró w ki.

U k ła d ró w n a ń em pirycznych uzupełn ia ją cych a lg o rytm :

<p =

77

COG^{^} = 0,1174 exp(-0,0364 F) + 8,93 exp[-0,005 3(T D - 273)] +

g o2G

+ 69,01(O2d — 0,2576)2 + (po

T g = 0,2557F - 0,1385Td - 9 8 6 ,3 0 2D + T

G0

1,08 V = V ° - ( I ^ p )

P = (58,24 + 2,65P0)u G + P

0

(3.6)

(3.7)

(3.8)

(3.9) gdzie: <p0, T G0, v|/0, uo wyznacza się na podstawie w y n ik ó w p o m ia ru je d n o ra ­

zowego.

D ysponując jednorazo w ym pom iarem cie p ln ym w ie lkie g o pieca, niezbęd­

n ym do u w zg lę d n ie n ia sp e cyfiki danego procesu poprzez wyznaczenie stałych w ystępujących w rów naniach , m ożna za pomocą u k ła d u ró w n a ń (3.1) - (3.9)

132 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

wyznaczyć interesujące nas w s k a ź n ik i procesu wielkopiecowego. U k ła d rów ­ na ń pozw ala na wyznaczenie w ska źn ikó w K jednostkowego zużycia koksu, D jednostkow ego zużycia dm uchu, G jednostko w ej ilo ści gazu wielkopiecowego produkowanego ubocznie w zespole w ielkopiecow ym oraz jego składu. Na podstaw ie składu oblicza się enta lp ię dew alua cji gazu, a następnie E ilość e n e rg ii chemicznej produkowanego ubocznie gazu wielkopiecowego. Jedno­

stkow ą ilość gazu wielkopiecowego EN zużywanego do opalania nagrzewnic wyznacza się z b ila n su nagrzew nic. Różnicę pom iędzy ilością en.ergii chemicz­

nej gazu produkow anej a ilością zużyw aną do opalania nagrzew nic, przy u w zg lę d n ie n iu n ie u n ik n io n y c h s tra t gazu, u jm u je się za pomocą w skaźnika E z jednostkow ej e nergii chemicznej gazu wielkopiecowego oddawanego do podsystem u gazoenergetycznego h u ty .

3.3. P o m ia r je d n o r a z o w y i d a n e do sy m u la cji cyfrow ej

W celu wyznaczenia stałych procesu wielkopiecowego, ja k rów nież niezna­

nych w spółczynników ró w n a ń em pirycznych uw zględniających specyfikę roz­

patryw anego procesu wielkopiecowego posłużono się jednorazow ym pom ia­

rem cieplnym w ie lkie g o pieca H u ty Katow ice, którego najw ażniejsze części przedstaw iono w poniższych tablicach.

T a b lic a 2 D a n e p o m ia r u je d n o r a z o w e g o d o ty c z ą c e k o k s u

KOKS

— u d z ia ł w ęgla CK [kg/kg] 0,873

- u d z ia ł s ia rk i sk [kg/kg] 0,009

- u d z ia ł tle n u ok [kg/kg] 0,008

- u d z ia ł w odoru hK [kg/kg] 0,005

- u d z ia ł wilgoci wk [kg/kg] 0,040

— w a rto ś ć opałow a [kJ/kg] 30100,0

- je d n o s tk o w e zużycie k o k su suchego [kg/t sur.] 461,5

T a b lic a 3 D a n e p o m ia r u je d n o r a z o w e g o d o ty c z ą c e u ż y w a n e g o a k t u a ln i e w p r o c e s ie p a li­

w a z a s tę p c z e g o PALIWO ZASTĘPCZE, (gas ziemny wysokometanowy)

- udział metanu CH4 [kmol/kmol] 0,9650

- udział węglowodorów CmHn [kmol/kmol] 0,0030

- udział azotu N2 Ikmol/kmol] 0,0290

- udział tlenu O2 [kmol/kmol] 0,0030

- molowy stopień zawilżenia Xz [kmol/kmol] 0,0055

— wartość opałowa [KJ/kmol] 776800,0

- zużycie jednostkowe [kmol/t sur.] 1,9784

- tem peratura [K] 298,00

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 133

T a b lic a 4 D a n e p o m ia r u je d n o r a z o w e g o d o ty c z ą c e p r o d u k o w a n e g o u b o c z n ie g a z u w ie lk o ­

p ie c o w e g o

GAZ WIELKOPIECOWY

- udział tlenku węgla C 0g [kmol/kmol g.s] 0,2719

- udział dwutlenku węgla C02g[kmol/kmol g.s] 0,1884

- udział wodoru Ü2g [kmol/kmol g.s] 0,0547

- udział azotu N2g [kmol/kmol g.s] 0,4850

- molowy stopień zawilżenia [kmol H20/kmol g.s] 0,0600

- tem peratura [K] 439,0

- ciśnienie w gardzieli [MPa] 0,306

- wartość opałowa [kJ/kmol] 90225,9

- jedn. uboczna wytwórczość [kmol/t sur.] 76,77

T a b lic a 5 D a n e p o m ia r u je d n o r a z o w e g o d o ty c z ą c e d m u c h u w ie lk o p ie c o w e g o

DMUCH WIELKOPIECOWY

- zużycie jednostkowe [kmol dm.s./t sur.] 50,5238

- ciśnienie przed dyszami [MPa] 0,473

- udział tlenu [kmol/kmol dm .sj 0,2640

- strum ień [kmol dm.s./s] 3,89

- molowy stopień zawilżenia [kmol H20/kmol dm.s.] 0,0149

- tem peratura podgrzania [K] 1375,0

T a b lic a 6 D a n e p o m ia r u je d n o ra z o w e g o d o ty c z ą c e w y d m u c h iw a n e g o p y łu w ie lk o p iec o w eg o

PYŁ WIELKOPIECOWY

— wydmuch jednostkowy [kg/t sur.]

- udział węgla w pyle [kg/kg]

6,0 0,43

T a b lic a 7 D a n e p y łu w ę g lo w e g o w y k o r z y s ta n e d o o b lic z e ń s y m u la c y jn y c h

DANE PYŁU WĘGLOWEGO

- u d z ia ł w ęgla cf [kg/kg] 0,6790

- u d z ia ł s ia rk i sf [kg/kg] 0,0073

- u d z ia ł tle n u of [kg/kg] 0,0970

- u d z ia ł a z o tu nF [kg/kg] 0,0160

- u d z ia ł w odoru hF [kg/kg] 0,0440

- u d z ia ł wilgoci w f [kg/kg] 0,0740

- w a rto ś ć opałow a [kJ/kg] 27775,0

- j e d n . zużycie pow . sprężonego [kmol/kg] 0,006

134 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

3.4. W arunek sta ło ś c i tem p e r a tu ry a d ia b a ty cz n e j w s tr e fie dysz

W p rzyp a d ku w d m u c h iw a n ia p a liw zastępczych do s tre fy dysz wielkiego pieca zm ianie ulega te m p e ra tu ra w stre fie dysz. D latego też konieczna jest k o n tro la adiabatycznej te m p e ra tu ry w stre fie dysz. W rozw ażaniach przyjęto, że te m p e ra tu ra w stre fie dysz nie pow in n a różnić się więcej n iż o 50 K od te m p e ra tu ry wyznaczonej d la p o m ia ru jednorazowego przedstawionego w punkcie 3.3.

T em p e ra tu rę adiabatyczną w stre fie dysz wyznaczono z b ila n su energii g a ru w ie lkie g o pieca, k tó ry je s t elem entem a lg o ry tm u symulacyjnego. W yzna­

czona te m p e ra tu ra adiabatyczna pozw ala na ko n tro lę , czy p rz y danej w artości p a ra m e tró w 0 2d, t D, p G i danej ilości w dm uchiw anego p y łu węglowego speł­

n io n y je s t w a ru n e k nieprzekroczenia g ranicznych w artości te m p e ra tu ry w stre fie dysz, zapewniającej p ra w id ło w ą pracę w ielkiego pieca.

4. W Y N IK I PRO G NO ZY W S K A Ź N IK Ó W E N E R G E T Y C Z N Y C H

N a rysu n ka ch 6 - 1 3 przedstaw iono re z u lta ty prognozy w p ły w u w d m u ch i­

w a n ia p y łu węglowego na podstawowe w s k a ź n ik i energetyczne zespołu w ie l­

kopiecowego. O bliczenia sym ulacyjne przeprowadzono dla zakresu w d m u ch i­

w an ia p y łu węglowego 0 - 150 k g /t sur., dla ustalonej te m p e ra tu ry dm uchu na poziomie 1100°C i k ilk u w artości wzbogacenia dm uchu w tlen.

W raz ze wzrostem ilo ­ ści wdmuchiwanego pyłu węglowego w skaźnik K (rys. 6) jednostkowego zużycia koksu maleje.

E nergia chemiczna ko­

ksu zostaje zastępowana energią chemiczną p a li­

w a zastępczego z odpo­

w ie d n im w spółczynni-

o 50

100

¹⁵⁰ k ie m zastępowania przy

Z użycie p yłu węglowego F [ k g / t s u r.] danąj ilo ś d p y łu węglo.

wego.

Rys. 6. Wskaźnik jednostkowego zużycia koksu K - , . .

b re d n i m n o żn ik pEF Fig. 6. Specific consumption of coke (rys. 7) oszczędności

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 135

1.10

1 . 0 0 -

»10.90 -

0.80

0.70

« 0 * n = 0 . 2 1

« 0 z „ = 0 . 2 2

~

0 >D=0.24

- 02D=0.26

— I— I— I— I— I— 1— l— |— I— 1— l— l— i— l— I— I— l— |— i— I— l— 1— i— l— I— I— I— 1

0 50 100 150

Z u ż y c i e p y ł u w ę g l o w e g o F [ k g / t s u r . ] Rys. 7. Średni mnożnik oszczędności energii chemicznej koksu

Fig. 7. Average multiplier of chemical energy of coke

— '65.00

0 60 00 -

£

Q

E 55.00 H

o

•uE .2 50.00

■N 3

N

45.00 i

□□□o□

i-iii

0 2D — 0 . 2 1 A A A A A 0 z n = 0 . 2 2

* * * * * O , o = 0 . 2 4

* * * * *

' ! 1 1 1 1 1 0 2 n — 0 . 2 6

0 50 100 150

Z u ż y c i e p y ł u w ę g l o w e g o F [ k g / t s u r ] Rys. 8. Wskaźnik jednostkowego zużycia dmuchu D

Fig. 8. Specific consumption of blast

e nergii chemicznej ko­

k su je s t b lis k i 1 p rz y m a­

łych ilościach w d m u ch i­

wanego p yłu, a w ra z ze zw iększeniem ilości w d m uchiw ane go p a liw a jego w a rto ść zm niejsza się do w a rto ś c i b li­

skiej 0,8. W y n ik a to ze zwiększonego efektu za­

kłócenia zasady przeciw- p rą d u p rz y dużych ilo ­ ściach wdm uchiwanego, zim nego p a liw a zastę­

pczego. Uzyskane w a rto ­ ści średniego m nożnika oszczędności energii che­

m icznej ko ksu znajdują potw ierdzenie w danych lite ra tu ro w y c h . N a prz y ­ k ła d z danych eksploata­

cyjnych przedstaw io­

nych w [5] w y n ik a , że p rz y 131 k g /t sur. w d m u ­ chiwanego p y łu węglo­

wego i 0 2d = 0,24 uzy­

skano w artość m nożnika ró w n ą 0,84. W niniejszej prognozie d la 0 2d = 0,24 i ilości wdm uchiw anego p y łu rów nej 150 k g /t sur.

uzyskano wartość Pef = 0,85.

W raz ze wzrostem ilo ­ ści w dm uchiw anego py­

łu węglowego w s k a ź n ik D jednostkowego zuży­

cia dm uchu maleje (rys. 8). Zm iana ta je s t podyktow ana m alejącym zużyciem koksu, ja k rów nież zwiększającą się

136 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

” 1.00 -i

E 0.80 :

-

-.0.60 -

, 0.40

u 0 . 2 0 -

0.00 T -!—!—1—i—i—i—i—i—i—I—i—r—

O 50 100 150

Z u ż y c i e p y ł u w ę gl o we g o F [ k g / t s u r . ] Rys. 9. Jednostkowa ilość powietrza transportującego pył

do dysz od ilości wdmuchiwanego pyłu węglowego Fig. 9. Specific amount of transported air

Z u ż y c i e p y ł u wę g l o w e go F [ k g / t s u r ] Rys. 10. Jednostkowa ilość energii chemicznej produko­

wanego ubocznie gazu wielkopiecowego Fig. 10. Specific chemical energy of top-gas

ilością pow ietrza tra n s ­ portującego p y ł do dysz w ielkiego pieca (rys. 9).

Ilość pow ie trza tra n s ­ portującego p y ł węglowy w y n ik a z przyjętej do ob­

liczeń jednostkow ej ilo ­ ści pow ietrza tra n s ­ portującego.

C ałkow y w ska źn ik E energii chemicznej gazu produkowanego ubocz­

n ie w zespole w ielkopie­

cowym (rys. 10) zależy bezpośrednio od zm ian ilości produkowanego gazu i zm ian w artości opałowej. Ponieważ obie te w ielkości, w przypad­

k u niniejszej prognozy, rosną w raz ze wzrostem ilości wdm uchiwanego p y łu węglowego, rośnie rów nież więc energia chemiczna produkow a­

nego gazu w ie lko p ie ­ cowego.

Zm niejszonem u zuży­

ciu dm uchu D tow arzy­

szy, p rz y ustalonej tem ­ p eraturze dmuchu, zmniejszone zapotrzebo­

w anie na energię chem i­

czną gazu do opalania nagrzew nic (rys. 11).

Równocześnie zwiększa się ilość energii chemicz­

nej gazu oddawanego do podsystemu gazoenerge- tycznego h u ty Ez (rys. 12).

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 137

N a ry s u n k u 13 przedstaw iono zależność te m p e ra tu ry adiabatycznej od ilości w dm uchiw anego p y łu węglowego.

5. W E R Y F IK A C J A M E T O D Y „IN P U T -O U T P U T ”

N a podstaw ie danych zamieszczonych w [5] opracowano tabele pom iaru jednorazowego pozwalającego na przeprow adzenie obliczeń sym ulacyjnych dla opisywanego ta m pieca. N astępnie za pomocą m etody “ in p u t-o u tp u t” doko­

nano obliczeń w skaź­

ników energetycznych pieca opisywanego w [5].

E fekt w e ry fik a c ji przed­

stawiono n a p rzykła d zie przebiegu dwóch głów ­ nych w s ka źn ikó w (rys.

14, rys. 15). P u n k ty na wykresach to w ielkości z eksploatacji pieca, krzyw e stanow ią efekt prognozy. W y n ik w e ry fi­

ka cji w skazuje na zado­

walającą zgodność w y n i­

ków p om iarów z w y n ik a ­ m i obliczeń sym u la cyj­

nych. P rzeciętne odchy­

lenie p u n k tu po m ia ro ­ wego od krzyw e j pro ­ gnozy nie przekracza w artości średniego błędu p o m ia ru analizowanego w s k a ź n ik a energetycz­

nego.

6. P O D S U M O W A N IE

Przeprowadzona analiza ilościow a w p ły w u zastosowania p y łu węglowego ja k o p a liw a zastępczego w procesie w ielkopiecow ym na w s k a ź n ik i energetycz­

ne tego procesu w skazuje na m ożliw ości u z y ska n ia oszczędności nośników e n e rg ii p rz y zastosow aniu om awianego p a liw a zastępczego. Przede wszy-

3600.0

3400.0 -

3200.0 -

; 3000.0

: 2800.0

U 2600.0 -

2400.0

2200.0

□ □□□o 02n=0.2 1

4 A M 4 Oz d — 0 . 2 2

* * * * *

0 on — 0 .24

_* 0'2 n - 0 . 2 6

0 50 100 150

Z u ż y c i e p y ł u w ę g l o we g o F [ k g / t s u r . ] Rys. 11. Jednostkowa ilość energii chemicznej gazu wielko­

piecowego zużywanego do opalania nagrzewnic dmuchu wielkopiecowego

Fig. U . Specific consumption of chemical energy of top-gas in Cowper stoves

138 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

Z u ż y c i e p y ł u w ę g l o w e g o F [ k g / t s u r . ] Rys. 12. Jednostkowa ilość energii chemicznej gazu wielkopie­

cowego oddawanego do podsystemu gazoenergetycznego huty Fig. 12. Specific amount of chemical energy of top-gas fe­

eding the gas-system of iron works

2 5 0 0 -»

to

C 2 4 0 0 H

N O

2 2 0 0 -

JO CO CO

"C

CO

CO

2 2 0 0 :

0) a

£ 2100 H

E—0)

2 0 0 0

O O O O D 0 2D= 0 . 2 1 aaaaa 0 2d = 0 . 2 2

* * * * * 0 2 o = 0 . 2 4

***** 0 2D= 0 . 2 6

s tk im w raz ze zwiększe­

n iem ilości w dm uchiw a­

nego p y łu m aleje zużycie koksu. Dodatkowo a n a li­

za w skazuje na zm niej­

szające się zużycie dm u­

chu i rosnącą ilość ener­

g ii chemicznej produko­

wanego ubocznie gazu wielkopiecowego w raz ze w zrostem ilości w dm u­

chiwanego pyłu. W y n ik i przeprowadzonej a n a li­

zy energetycznej mogą stanow ić podstawę do przeprow adzenia a n a li­

zy ekonomicznej decydy- jącej o celowości zastoso­

w a n ia p y łu węglowego ja k o p a liw a zastępczego w kra jo w ych w ie lkich piecach. A n a liza taka p ow inna uwzględniać w ielkość nakładów in ­ w estycyjnych na in s ta la ­ cję przygotow ania i w d m u ch iw a n ia pyłu, ko­

szty eksploatacji dodat­

kow ych in sta la cji, ja k rów nież relacje pomię­

dzy ceną koksu a ceną p y łu węglowego w dm u­

chiwanego do w ielkiego pieca.

0 50 100 150

Z u ż y c i e p y ł u w ę g l o w e g o F [ k g / t s u r ] Rys. 13. Temperatura adiabatyczna w strefie dysz wielkiego pieca w zależności od ilości wdmuchiwanego pyłu węglowego Fig. 13. Adiabatic temperature in the tuyere zone as a function

of the amount of coal dust

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 139

Ilość wdmuchiwanego pyłu węglowego F [ k g / t sur . ] Rys. 14. Porównanie wartości wskaźnika K obliczonego metodą „input-output’ z wynikami

pomiarów przedstawionymi w [5]

Fig. 14. Comparison of the calculations of specific consumption of coke and results of m easurem ents [5]

3 5 0 .0 0 -1

^48.00E Q JC3

3 4 6 .0 0

E

S '4 4 .0 0

4 2 .0 0 -

-ac

4 0 .0 0 ~t~r-T—i1

0.00 A-.,

4

4 I

4

A

4

4 4 4 4 4 Na p o d s t a w ie p om iai-u p i e c a /VWVS O blic zon e m et . i n p u t - o u t p u t

“l

~i—i—i—|—i—i—i—i—i—i—i—i—!—i—i—i—i—i—i—r

4 0 .0 0 8 0 .0 0 1 2 0 .0 0

Ilość wdmuchiwanego pyłu węglowego F [ k g / t sur.

Rys. 15. Porównanie wartości wskaźnika D obliczonego metodą „input-output” z wynikami pomiarów przedstawionymi w [5]

Fig. 15. Comparison of the calculations of specific consumption of blast and results of m easurem ents [5]

140 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

PODSTAW OW E O Z N A C Z E N IA I IN D E K S Y

O zn a czen ia

c - u d z ia ł gram ow y węgla,

COG - u d z ia ł m olow y CO w suchym gazie w ielkopiecow ym [km o l/km o l], C 0 2G - u d z ia ł m olow y C 0 2 + S 0 2 w suchym gazie w ielkopiecow ym

[km ol/km ol],

d - e n ta lp ia dew aluacji [kJ/km o l] lu b [kJ/kg] ,

D - w s k a ź n ik jednostkow ego zużycia suchego dm uchu wielkopiecowego [k m o l/t sur.],

E -je d n o s tk o w y w s k a ź n ik e n e rg ii chemicznej ubocznie wytwarzanego gazu wielkopiecowego [M J /t s u r.],

En - je d n o stko w y w s k a ź n ik zużycia e n e rg ii chemicznej gazu w ielkopie­

cowego w zespole nagrzew nic [M J /t s u r.],

E z - je d n o s tk o w y w s k a ź n ik e n e rg ii chem icznej gazu wielkopiecowego oddawanego do podsystem u gazoenergetycznego h u ty [M J /t s u r.], F - jednostkow e zużycie p a liw a zastępczego w w ie lk im piecu [kg/t sur.]

lu b [k m o l/t sur.],

G - je d n o stko w y w s k a ź n ik p ro d u k c ji suchego gazu wielkopiecowego [k m o l/t sur.],

h - u d z ia ł gram ow y wodoru,

H 2G - u d z ia ł m olow y w odoru w suchym gazie w ielkopiecow ym [k m o l/k m o l],

i - e n ta lp ia fizyczna w łaściw a [kJ/kg] lu b [kJ/km o l], K - je d n o stko w y w s k a ź n ik zużycia koksu [kg /t sur.],

1 - je dnostko w a ilość p o w ie trza sprężonego transportującego p y l wę­

glow y [km ol/kg], n - u d z ia ł gram ow y azotu,

N 2G - u d z ia ł m olow y azou w suchym gazie w ielkopiecow ym [km o l/km o l], o - u d z ia ł gram ow y tle n u ,

0 2D - u d z ia ł m olow y tle n u w suchym dm uchu w ielkopiecow ym [k m o l/k m o l],

Qow -je d n o s tk o w a s tra ta ciepła do otoczenia i wody chłodzącej [kJ/t sur.], s - u d z ia ł gram ow y s ia rk i,

w - u d z ia ł gram ow y w ilgoci,

W<i - w artość opałowa [kJ/kg] lu b [kJ/km o l],

X z - m olow y stopień zaw ilżenia [km ol H 20 /k m o l g.s.], p - m n o ż n ik zastępowania e n e rg ii chemicznej koksu,

<p - stosunek C 0 /C 0 2 w gazie w ielkopiecow ym ,

\\i

- stosunek ilo ś c i w o d o ru w gazie w ie lko p ie co w ym do ilo ści w odoru doprowadzonego do s tre fy dysz.

Zastosowanie pyłu węglowego jako paliwa zastępczego. 141

In d ek sy

F - dotyczy p a liw a zastępczego,

G - dotyczy suchego gazu wielkopiecowego, H 20 - dotyczy p a ry wodnej,

K - dotyczy koksu,

ot - dotyczy p a ra m e tró w otoczenia, 1 - dotyczy p o m ia ru jednorazowego.

L IT E R A T U R A

[1] B ro u w e r R.C., Schoone E.E., Toxopeus H .L .: Coal in je c tio n d riv e n to the lim its , Iro n and Steel E ngineer, Dec. 1992.

[2] C arm ichael I . F.: A n In tro d u c tio n to B la s t Furnace Coal In je ctio n , I& S M , n r 3, 1993.

[3] C olnot B.: W d m u ch iw a n ie sproszkowanego w ęgla do dysz w ielkiego pie­

ca n r 3 h u ty Uckange, C IT 1982, n r 11, tłum aczenie IM Ż - G liw ice.

[4] D unajew N .: W d u w a n ije p y lie w id n y c h m a te ria łó w w dom iennyje pieczi, M ie ta łłu rg ija , M oskw a 1977.

[5] G ra ffe u ille F., A lla ire B., Lao D.: Coal In je c tio n Practice In U sin o r D u n k ir k BF.2, Iro n m a k in g Proc. Conf. 14-17.05.1985, D e tro it.

[6] H e m in g G .M ., C a rte r G.G.: System y w d m u c h iw a n ia w ęgla do w ie lk ic h pieców, Iro n m a k in g and S te e lm a kin g n r 3, 1981 - tłum aczenie IM Ż — G liw ice.

[7] Jem uszincew W ., G a lie m in M .: W y p ła w k a pierieliedolnogo czuguna s ra zliczn ym raschodom pylieugolnogo to p liw a , S ta l, n r 6, 1969.

[8] Koen W., Vogel R.B., Toxopeus H .L ., F lie rm a n G.A.: In je c tio n o f coal in to th e Hoogovens B la s t Furnaces, Iro n m a k in g Proc. Conf. 14-17.05.85, D e tro it.

[9] O p e rh a iski Z.: Ocena efektów energetycznych w d m u ch iw a n ia p y łu wę­

glowego do w ie lkie g o pieca, praca dyplom ow a, IT C - G liw ice 1981.

[10] Peters K., M a n d e l J., Peters M ., G erstenberg B.: B e trie b eines GroBho- chofens m it u n te rsch ie d lich e n K okssorten bei hohen K ohleeinblasm en­

gen, S ta h l u n d E isen n r 22, 1989.

[11] S zargut J.: E n e rg e tyka cieplna w h u tn ic tw ie , W yd a w n ictw o Śląsk, K a to ­ wice 1985.

[12] S za rg u t J.: T e rm o d yn a m ika techniczna, P W N , W arszaw a 1991.

[13] S zargut J., Z ię b ik A.: W p ły w p a ra m e tró w dm uchu i czynników paliw o- w o -re d u k c y jn y c h na w s k a ź n ik i energetyczne zespołu wielkopiecowego, Ossolineum , W rocław 1983.

142 Andrzej Ziębik, Wojciech Stanek

[14] Szega M .: A n a liz a term odynam iczna m ożliw ości w y ko rzysta n ia składni­

kó w re d u kcyjn ych gazu wielkopiecowego zawracanego do procesu, praca doktorska, IT C - G liw ice 1992.

[15] Z ię b ik A.: R ów nania em piryczne ujm ujące w p ły w dodatku oleju opałowe­

go i podgrzania dm uchu na w yko rzysta n ie CO i H 2 w w ie lk im piecu oraz na te m p e ra tu rę gazu wielkopiecowego, Zeszyty N aukow e P olite ch n iki Śląskiej 1975, E n e rg e tyka z. 54.

[16] A g a rw a l J.C., B ro w n F.C., C h in D .L., F ry d e n lu n d A.R., Jessim an N.S.:

A model fo r economic com parision n a tu ra l gas, o il and coal in je ctio n in th e b la st furnace., Iro n m a k in g Conference Proceedings 1992.

Recenzent: Prof. zw. d r inż. Jan Szargut W p łynęło do R edakcji: 7. 12. 1994 r.

A b stract

The in je c tio n o f coal d u st in to th e tu ye re zone as a u x ilia ry fu e l influences th e consum ption o f coke, blast, th e am o u n t o f produced top gas and its chem ical energy, th e consum ption o f gas in th e Cowper stoves and the am ount o f th e top-gas feeding the gas-system o f th e iro n w o rks. C alculated in re la tio n to a p ig -iro n u n it, these q u a n titie s have been called energy characteristics.

T h e y serve th e process-analysis o f th e energy effects o f in je c tio n o f coal dust as a u x ilia ry fuel.

The applied m ethod o f p re d ic tin g th e energy characteristics o f the blast-furnace is based on in fo rm a tio n concerning th e “in p u t” and “ o u tp u t” of process. The th e o re tica l p a rt o f th e m ethod base on th e p rin c ip le o f the conservation o f substance and energy, as w e ll as o f th e la w o f he a t tra n s fe r in th e Cowper stoves. The e xp e rim e n ta l p a rt deals w ith investigations concerning th e effect o f coal d u st in je c tio n upon th e degree o f u tiliz a tio n o f CO and H 2 in th e blast-furnace and the te m p e ra tu re o f top gas. The experim ental p a rt includes also a single th e rm a l m easurem ent o f the investigated blast-furnace. The re su lts o f th is m easurem ent are used fo r d e te rm in a tio n of th e process constants in th e balance equations and o f u n kn o w n param eters in e m p iric a l equations.

T h is paper presents re su lts o f p re d ic tin g o f energy characteristics fo r a blast-furnace w ith a volum e 3200 m 3. A d d itio n a ly th e re su lts o f calculations concerning th e blast-furnace described in [5] the p re d ictio n o f specific consum ption o f coke and b la st have been com pared w ith th e experim ental date [5], The com parison showed th a t th is m ethod is sa tisfactory and fu lly applicable in practice.