ZESZYTY NAUKOWE POLE TECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : HUTNICTWO z . 3
________ 1973 N r k o l . 370
M a c ie j R ozpondek, J e r z y S ł o c i ń s k l , J ó z e f D om agała, J a n G óral
I n s t y t u t M e ta l u r g i i
I n s t y t u t E n e r g e ty k i Gazowej P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j
ZASTOSOWANIE GAZU ZIEMNEGO DO OPALANIA DWUKOMOROWYCH PIECÓW WGŁęMYCH I PIECÓW PRZEPYCHOWYCH W HUCIE "FLORIAN"
S t r e s z c z e n i e . W skutek b r a k u używanego d o ty c h c z a s g azu m ieszan eg o za
i s t n i a ł a k o n ie c z n o ść z a s to s o w a n ia g azu ziem nego. K r ó tk i o k res c z a su n a zm ianę p a liw a i b r a k o d p o w ied n ic h p a ln ik ó w s k ł o n i ł y u ży tk o w n ik a do p r z e r ó b k i i s t n i e j ą c y c h p a ln ik ó w w t e n s p o s ó b , aby główne elem en
t y p a ln ik ó w i u k ła d y z a s i l a j ą c e p o z o s t a ł y n ie z m ie n io n e . P r z e k o n s tr u owane t a k p a l n i k i zbadano n a s ta n o w is k u próbnym i z a in s ta lo w a n o do p i e c a , o trz y m u ją c pozytyw ne w y n ik i i c h p r a c y .
1 . D otychczasow e p a liw a i p a l n i k i
W p ie c a c h przepychow ych i w głębnych je d n o ro ż n y c h dwukomorowych opa
la n y c h gazem m ieszanym koksow niczo-w ielkopiecow ym , b y ły z a in s ta lo w a n e p a l n i k i k o n s t r u k c j i B ip r o h u tu . W t a b l . 1 podano c h a r a k te r y s ty k ę t e c h n ic z n ą g a z u m ie sz a n e g o .
T a b lic a 1 C h a r a k te r y s ty k a g az u m ieszanego
W arto ść opałow a
T e o re ty c z n a i l o ś ć pow.
s p a l .
T e o re ty c z n a i l o ś ć s p a
l i n
Kalorym e
tr y c z n e temp s p a l a n i a
U w a g i
Qw V
s o *k
■ MJ/nm3
nm pow.3 nm g az u3
nm s p a l i n 3 Nm gazu
°C
9,1 2 ,1 6 2 ,9 4 o k . 1750
t , d l a g azu o
k A
Q = 9 -9 ,2 L1J/nm
8 0 M, R ozpondek, J . S ł o c i ń s k i i i n n i
2 . W arunki te c h n ic z n e d l a p r z e .i ś c i a n a o p a la n ie gazem ziemnym
Zmiana p a liw a p o l e g a ł a n a z a s to s o w a n iu g a z u ziem nego ( t a b l . 2 ) w m ie js c e d o ty c h c z a s stosow anego g a z u m ie sz a n e g o .
T a b lic a 2 C h a r a k te r y s ty k a g a z u ziem nego
W artość opałow a
T e o re ty c z n a i l o ś ć pow.
s p a l a n i a
T e o re ty c z n a i l o ś ć s p a
l i n
Kaloryme
t r y c z n a tem p e r a t u r a s p a
l a n i a U w a g i
S r V10 V
s o *-k
U J /m ? TO? POW.
nm^ gazu
nrn^ s n a l i n nrn^ g a z u
°C
3 3 ,6 8 ,9 10 o k . 2010
Z uw agi n a k r ó t k i o k re s c z a s u od d e c y z j i zm iany p a liw a do j e j u r z e c z y w i s t n i e n i a p o sta n o w io n o , że m uszą być s p e łn io n e n a s tę p u ją c e w aru n k i t e c h n i c z n e :
- r o d z a j i m asa wsadu p o z o s t a ł y b e z zm ian - k o n s t r u k c j a p i e c a n i e u l e g ł a zm ianie
- p r z e k r o j e ru ro c ią g ó w p o w ie trz n y c h n i e u l e g ł y zasianie - k o rp u sy p a ln ik ó w p o z o s ta ły b e z zm ian .
Zmiana p a liw a n i e spow odow ała:
- z a b u rz e ń w p r o c e s ie te c h n o lo g ic z n y m n a g rz e w a n ia - p o g o r s z e n ia s i ę w skaźników e n e rg e ty c z n y c h pieców - o k re s m iędzyrem ontowy p i e c a p o z o s t a ł b ez zm ian.
3 . Podstaw y d l a p r z e r ó b k i p a ln ik ó w
P r z e ró b k a p a ln ik ó w w c e l u i c h d o s to s o w a n ia do s p a l a n i a g az u ziem ne
go o p a r ł a s i ę n a n a s tę p u ją c y c h z a ło ż e n ia c h :
Z a sto so w a n ie g a z u ziem nego do o p a la n ia , 81
- p a l n i k i zachow ują sw o ją moc c i e p l n ą Qr - n a d c i ś n i e n i e p o w ie tr z a p rz e d p a ln ik ie m w ynosi
1500 ^ m
- w sp ó łc z y n n ik n ad m iaru t l e n u d o s ta rc z o n e g o w p o s t a c i p o w ie tr z a atmo
s f e r y c z n e g o może o s ią g n ą ć co n a jw y ż e j w a rto ś ć X = 1 , 2 .
Według pow yższych z a ło ż e ń przep ro w ad zo n o o b l i c z e n i a d l a p a ln ik ó w B i- p r o h u tu typów 200/200» 250/250» 3 0 0 /3 0 0 .
Schem at o b l i c z e ń j e s t p o k azan y n a r y s . 1 , a otrzym ane w y n ik i u j ę t o w t a b l . 3 i 4 .
P o n iew aż w a r to ś c i n a tę ż e ń przepływ ów p o w ie tr z a s p a l a n i a s ą w obu p rz y p a d k a c h z b l i ż o n e , d la te g o p r z e k r o j e ru ro c ią g ó w p o w ie trz n y c h n ie wy m ag ały zm ian .
Schem at ideow y p a l n i k a p r z e d p rz e r ó b k ą pokazano n a r y s . 2 . P rz e r ó b kę p a l n i k a d l a s p a l a n i a w nim g a z u ziem nego o g ra n ic z o n o do l i k w i d a c j i g rz y b k a r e g u la c y jn e g o i z m n ie js z e n ia p r z e k r o ju d y sz y g a z o w e j, p r z e z u - m ie s s e z o n ie w nim w k ła d k i ( r y s . 3 ) .
D la t a k p rz e k o n stru o w a n e g o p a l n i k a I n s t y t u t E n e r g e ty k i Gazowej Po
l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j w D ąbrow ie G ó rn ic z e j p r z e p r o w a d z ił b a d a n ia w S t a c j i Badań P a ln ik ó w w edług n a s tę p u ją c e g o program u:
1 . P ro c e s s p a l a n i a a . p i e c w s t a n i e zimnym ( te m p e r a tu r a pow. s p a l a n i a t . ; » 20°C)
- s k ło n n o ś c i do u ry w a n ia s i ę p ło m ie n ia ,
- ■urywanie s i ę p ło m ie n i w f u n k c j i o b c ią ż e n ia c i e p ln e g o ,
b . Po dop ro w ad zen iu te m p e r a tu r y w komorze do o k o ło 1300° ( te m p e r a tu r a p o w ie tr z a s p a l a n i a minimum 2 0 0 °c )
- s k ł o n n o ś c i do u ry w a n ia s i ę p ło m ie n ia p r z y w sp ó łc z y n n ik u n ad m iaru po
w i e t r z a od 0 ,8 do 1 , 3 ,
- d łu g o ś ć p ło m ie n ia w idocznego p r z y ró ż n y c h w sp ó łc z y n n ik a c h nad m iaru p o w ie tr z a i nom inalnym o b c ią ż e n ie m komory, wynoszącym o k o ło 560 kW ( o k . 60 n? g a z u /h ) ,
- r o z k ła d te m p e r a tu r w p ło m ie n iu w w arunkach podanych w y ż e j.
82 M. R ozpondek, J . S ł o c i ń s k i i i n n i
(5)
V 7s
= t z
R y s. 1 . Schemat o b lic z e ń p a ln ik ó w
10- 3 ( 2 ) V. = V
Vl o • * »
( 3 , ł P e 2 = " g 1 . a ( 4 ) W
i g
1
2AP 0 2 V "
( 5 ) p „ - Ł
S g
V " ‘=
V.1 376
10
10,-3
Q‘ - n o m in a ln a moc c i e p l n a p a l n i k a - MW, Q ^ - w a rto ś ć opałow a g a zu - UJ/nm3 , A - w sp ó łc z y n n ik n a d m ia ru p o w ie tr z a , TT - n o m in aln e o b j . n a t ę ż e n ie p rzep ły w u g a z u - nm ^/h, V” ’- nm3/ s , V. - n om inalne o b j . n a t ę ż e -
3 ® ... 3 1
n i e p rz e p ły w u p o w ie tr z a - nm / h , - nm / s , - t e o r e t y c z n e z a p o tr z e bo w anie p o w ie tr z a - na3 pow/nm3 g a z u , p - g ę s to ś ć g azu - kg/m3 , &P
£ &'
n a d c i ś n i e n i e g a z u p rz e d p a ln ik ie m - 11/m2 , A P - n a d c i ś n i e n i e gazu przed
2 , ^
d y s z ą - N/m , 0 ^ - w sp ó łc z y n n ik wypływu p r z y d Pg 1 , 2 - p r z y A Pg 2 , W - p rę d k o ś ć r z e c z y w is ta g a z u w d y szy gazow ej - m /s , P - p o w ierzch n ia
o 2 S
n a jm n ie js z e g o p r z e k r o ju d y sz y gazow ej - cm , D - ś r e d n i a d y szy g a z o - S
w ej - cm, - w k ó łk a c h um ieszczo n o w a r to ś c i znane z z a ło ż e ń
T a b lic a 3 C h a r a k te r y s ty k a n o m in a ln a p a ln ik ó w n a g a z m ie sz a n y
W ielkość R odzaj p a l n i k a
N om inalna moc c i e p l n a
Q*
Nom inalne n a t ę ż e n i e pow. n a
g o d z . V1
N a tę ż e n ie p rz e p ły w u
g a z u
V* V*“
. .. g®
Ś r e d n ic a d y sz y gazow ej
D
P rę d k o ść r z e c z y w is ta g a z u m ieszan eg o w d y sz y gazow ej
|--...- W ...
U w a g i
MW r u ? /h nrn^/h nm? / s cm m/s
Bp 200x200 1 ,1 0 5 1100 430 0,019 1 6 , 0 5 ,9 5
Bp 250x250 1 ,7 4 4 1760 680 0,1 8 9 2 0 ,0 6 ,0 3 A o 1 ,2
Bp 300x300 2 ,4 4 2 2500 955 0,265 24 5 ,8 6
P rę d k o ś ć wypływu z d y szy gazow ej b e z g rz y b k a i b e z w k ła d k i.
Zastosowaniegazuziemnego doopalania
CD
T a b lic a 4 C h a r a k te r y s ty k a n o m in a ln a p a ln ik ó w n a g az ziemny
W ielk o ść R odzaj p a l n i k a
N om inalna moc c i e p l n a
Q*
Nom inalne n a tę ż e n ie pow . n a
g o d z .
N a tę ż e n ie p rzep ły w u
gazu V* V '"
.: :________
Ś r e d n ic a d y sz y gazow ej
D
. . . . £..
P rę d k o ść r z e c z y w is ta g a z u m ieszan eg o w d y sz y gazow ej
Wg z
U w a g i
MW n n P /h nnP / h nm^/s cm m/s
Bp 200x200 1 ,1 0 5 1180 119 0,0 3 3 2 ,7 60
Bp 250x250 1,7 4 4 1850 189 0,052 3 ,3 3 60 ŹL = 1 , 15
Bp 300x300 2,4 4 2 2550 262 0,073 3 ,9 4 60
H*
H*
&
Rozpondek, J. Słociński
Z a sto so w a n ie g a z u ziem nego do o p a l a n i a . . « ______________________________ 85
R y s . 2 . Schemat ideow y p a ln ik ó w n is k o p rę ż n y o h d y fu z y jn y c h n a g az m ie
s z a n y z wymuszoną d o staw ą p o w ie tr z a ty p u B ip ro h u t
86 M. R ozpondek, J . S ł o c i ń s k i i i n n i
R y s, 3 . Schemat w k ła d k i do p a ln ik ó w ty p u B ip ro h u t d l a s p a l a n i a gazu ziem nego z wymuszoną d ostaw ą p o w ie tr z a
P rzedm iotem bad ań b y ł p a l n i k w irowy ty p u B ip ro h u t z wymienną d y sz ą gazow ą,
D o św ia d cza ln a komora s tw o r z y ła w a ru n k i z b liż o n e pod w ielom a w zglę
dami do s p a l a n i a w p ie c a c h g rz e w c z y ch . Je d n a k w a ru n k i s p a l a n i a w komo
r z e d o ś w ia d c z a ln e j b y ły g o rs z e n i ż w p ie c u przeigysłowym . T em peratury p o d g rz a n e g o p o w ie tr z a s p a l a n i a i ś c i a n b y ły bowiem w d o ś w ia d c z a ln e j ko
m orze s p a l a n i a n iż s z e od odpow iednich te m p e r a tu r w u k ła d a c h pieców przepychow ych i w głębnych.
W c h w i l i o b e c n e j p ró b y w d o ś w ia d c z a ln e j komorze s p a l a n i a s ta n o w ią je d y n ą m ożliw ość z b a d a n ia w p r a c y p a l n i k a h u tn ic z e g o p r z e d je g o z a in s ta lo w a n ie m w p ie c u grzew czym . S tw ie rd z o n o , że p ło m ie ń n i e uryw a s i ę w z a k r e s i e n o m in aln y ch o b c ią ż e ń p a l n i k a . W yniki badań d a ją c e s i ę u ją ć lic z b o w o p rz e d s ta w io n o na w y k re sa ch ( r y s . 4 , 5 , 6 ; ( 4 l
Z a sto so w a n ie g a z u ziem nego do o p a l a n i a . . 87
0,9 1,1 1,3 X
w sp ó łc z y n n ik a
*3
p r z y V* = 60 nm / h d l a d y s z y o ś r e d n ic y D =
^ o ^
= 2 ,4 cm i d l a tem p . pow. 200 C R y s . 4 . Z a le ż n o ść d łu g o ś c i p ło m ie n ia w idocznego L od
la d m ia ru p o w ie tr z a A,
88 M. R ozpondek, J . S ł o c i ń s k i i in n i.
R y s. 5 . R o z k ła d te m p e r a tu r y w zdłuż o s i p ło m ie n ia d l a d y sz y o ś re d n ic y D = 2 ,7 cm, tenę>. pow. 200°C , V* = 60 m ? / h i w sp ó łc z y n n ik u n adm iaru
s s
p o w ie tr z a A = 1 , 1 5
R y s . 6 . R o zk ład te m p e r a tu r y w zdłuż o s i p ło m ie n ia d l a d y szy o ś r e d n ic y D = 2 , 7 cm, te m p . p o w ie tr z a 20°C, V* = 60 m ? / h i w sp ó łczy n n ik u n a d -
S &
n d a r u p o w ie tr z a A = 1 ,1 5
Z a sto so w a n ie g a z u ziem nego do o p a l a n i a . . 89
4 . W yniki p r a c y p iecó w
4 . 1 . P ie c e w głębne dwukomorowe je d n o d ro ż n e
P ie c e t e p o s i a d a ł y po 3 lu b 2 p a l n i k i ty p u B ip ro h u t 3 0 0 /3 0 0 lu b 2 5 0 /2 5 0 . Sum aryczna n o m in a ln a moc c i e p l n a t y c h p a ln ik ó w , w y n o s iła o k . 7000 kW l u b 4200 kW, b y ł a z b y t w ie lk a , gdyż ś r e d n i a moc je d n e j komory w y n o s iła o k . 3000 kW. Z astosow ano w ięc w k ła d k i do d y sz gazowych o ś r e
d n ic a c h m n ie js z y c h , n i ż t o podano w t a b l . 4 . Ś r e d n ic e w ylotów gazowych w y n o s iły 3 ,3 cm d l a p a ln ik ó w 2 5 0 /2 5 0 lu b 2 ,7 cm d l a p a ln ik ó w 3 0 0 /3 0 0 . Po u ru c h o m ie n iu p iecó w o k a z a ło s i ę , że w p a ln ik a c h ty p u 2 5 0 /2 5 0 o t r z y mywano p ło m ie ń z a k r ó t k i , mocno św ie c ą c y , co powodowało n ieró w n o m iern y r o z k ła d te m p e r a tu r y w kom orze. Zm ieniono zatem w kładkę o ś r e d n ic y wy
l o t u 3 ,3 cm n a m n ie js z ą , o ś r e d n ic y w y lo tu 3 ,0 cm.Spowodowało t o zn acz
n e z w ię k s z e n ie s to s u n k u p r ę d k o ś c i w ylotow ych g a z u do p o w ie tr z a , wsku
t e k czeg o o trzym ano d łu ż s z y p ło m ie ń i rów nom ierne n a g r z a n ie c a ł e j ko
m o ry .
O trzy m an ie s i l n i e św iecąceg o p ło m ie n ia z g a z u ziem nego s ta n o w iło ma
ł o sp o d ziew an y e f e k t , gdyż o g ó ln ie p rz y jm u je s i ę , że g a z ziem ny s p a l a s i ę p ło m ien iem m ało św iecącym (3) . P rz e k a z y w a n ie c i e p ł a od k r ó t k i e g o ,
św ie c ą c e g o p ło m ie n ia b y ło t a k z n a c z n e , że p rz e d wymianą d y sz n a d t ą p i a - ł y s i ę głow y wlewków mimo, że u ż y t a moc c i e p l n a b y ł a t a k a sama lu b na
w e t n ie c o m n ie js z a , n i ż p r z y u ż y c iu g a z u m ie s z a n e g o .
4 . 2 . P ie c e przepychow e
Z a sto so w a n ie g a z u ziem nego do o p a la n ia p i e c a przepychow ego ( t r ó j - s t r e f o w y , dwurzędowy) d a ło s z c z e g ó ln ie k o r z y s tn e e f e k t y ekonom iczno- te c h n o lo g ic z n e .
J e ś l i p r z y o p a la n iu p i e c a gazem m ieszanym p ra c o w a ło zw ykle 13 p a l n ików ty p u EP 2 5 0 /2 5 0 , t o o b e c n ie p r z y o p a la n iu gazem ziemnym p r a c u je i c h t y l k o 8 , p r z y m n ie js z e j mocy c i e p l n e j , poniew aż r a d y k a ln e j p o p ra w ie u l e g ł y w a ru n k i wymiany c i e p ł a .
Pomimo z m n ie js z e n ia mocy c i e p l n e j p a ln ik ó w o s i ą g n i ę t o z w ię k s z e n ie p r z e p u s to w o ś c i p i e c a o ra z b a rd z o k o r z y s tn y r o z k ł a d te m p e r a tu r w p i e c u , a p r z e z t o p raw id ło w e d o g rz a n ie w sad u . Wsad j e s t nag rzew an y z g o d n ie z
9 0 M. R ozpondek, J , S ł o c i ń s k i i i n n i
wymaganiami t e c h n o l o g i i n a g rz e w a n ia , p o n a d to te m p e r a tu r a uchodzących s p a l i n u l e g ł a o b n iż e n iu co spowodowało poprawę sp ra w n o ś c i p r a c y .
Jed n o stk o w e z u ż y c ie c i e p ł a z m n ie js z y ło s i ę o 15-20%.
W nioski
1 * P r z e r o b io n o p a l n i k i h u tn ic z e m inimalnym k o sztem p r z y zm ian ie p a liw a gazow ego.
2 . P r z y o d p o w ie d n ie j k o n s t r u k c j i p a l n i k a u zy sk a n o e f e k t ś w ie c e n ia d l a g a z u ziem nego p o p ra w ia ją c y w a ru n k i wymiany c i e p ł a w p i e c u .
3 . W prowadzenie g azu ziem nego do o p a la n ia p iecó w g rzew czych spowodowa
ł o o b n iż e n ie w sk a ź n ik a jed n o stk o w eg o z u ż y c ia c i e p ł a o o k . 10%.
LITERATURA
1 . M ich ało w sk i M ., W essely R . - Program ow anie i k o n t r o l a s p a l a n i a SETEH K atow ice 1968.
2 . P r a c a naukow o-badaw cza "O pracow anie zm ian k o n s t r u k c j i p a ln ik ó w i s t n i e j ą c y c h p r z y p r z e j ś c i u n a g a z ziem ny i o p raco w an ie docelow ych u - kładów s p a l a n i a g a z u ziem nego" ( n ie p u b lik o w a n e ), I n s t y t u t M e ta lu r
g i i P o l i t e c h n i k i Ś l ą s k i e j 19 7 2 .
3 . S e n k a ra T . - O b lic z e n ia p ieców g rze w c zy ch , Ś lą s k 19 6 8 .
4 . W stępne w y n ik i b a d a ń p a ln ik ó w d l a h u ty F l o r i a n . I n s t y t u t E n e rg . Ga
zowej P o l . Ś l ą s k i e j (n ie p u b lik o w a n e ) 1972.
Z a sto so w a n ie g azu ziem nego do o p a l a n i a . 91
nPŁlMEHEHUE I I » iP O f l O r O TA 3A J J I i i GTOUJIEHŁiń J i JÿXKAM EPHüX HA JIPE3AT EJIbHHX K O TU JW EJ fc METCfflfc'iECKliX llE kE H
P e 3 K m e
BcjieflCTBHe oTcyTCTBHH y n o T p e f i j i a e u o r o s o e u x n o p CMemaH- H oro r a 3 a b o3hmKJi a H e oôxqæmmoctb npMMeHMTb npMpoflHHÜ r a 3 . KopOTKMH nepMOft B M3M6H6HMM TOIUIMBB M OTCyTCTBMe COOTBeT- CTByioiHMX r o p e j i o K npHBenH n o T p e 6 H T e J ia k n e p e ^ e j i i c e c y m e c T B y niHHX r o p e j io K TaKMM o f i p a s o M , h t oÓbi rJiaBHHe 3JieMeHpH r o p e - jioK m CHCTeMH nMTaHMH ocTpjiHCB HeM3 MeHëKHHMH« E e p e,neJi a n - HHe T a x ropejiKM Ohjih HcnfciTaHbi b hc c jiejjOBBTeJibokom KaMepe
m ynoTpefiJieHH b ne^M, a pe3yjiBTaTBi mx p a ó o p H 0Ka3anHCB n o -
JI03KMT ejIB H B IM H .
THE USE OP NATURAL GAS POR FIRING OF SOAKING FURNACE AND PUSHER FURNACE IN THE "FLORIAN" STEELWORKS
S u m m a r y
F o r l a c k o f m ixed - g a s , w h ic h was u se d so f a r i t was n e c e s s a r y t o t a k e i n t o c o n s i d e r a t i o n p o s s i b i l i t y o f vising n a t u r a l g as f o r f i r i n g . Owing t o th e s h o r t p e r io d f o r ex change o f f u e l and f o r l a c k o f s u i t a b l e b u r n e r s , i t r e q u i r e d m o d i f i c a t i o n o f e x i s t i n g b u r n e r s i n t h i s way, i n o r d e r t o keep g e n e r a l b u r n e r s e le m e n t and s u p p ly sy s te m u n c h a n g e d . Such b u r n e r s w ere t e s t e d i n t e s t p o s ts and a l s o i n th e s to v e and t h e b u r n e r s su c c e d e d i n t h e s e t e s t s .
