Внедрение установок по вдуванию пылеугольного топлива ПУТ для снижения расхода кокса

Внедрение установок ПУТ: Обуздание кокса в доменной печи

Коллеги, давайте сразу к делу. За свою двадцатку с лишним лет в черной металлургии я перевидал десятки печей, где кокс жрали как не в себя. Когда мне впервые сказали «ПУТ», я отнесся скептически. Еще один модный «зеленый» трюк. Но когда я своими руками влез в пылеприготовление и увидел, как тонна ПУТ вытесняет почти тонну дефицитного кокса, я поверил. Это не экология, это чистая экономика и выживание цеха, когда кокс стоит бешеных денег.

Пылеугольное топливо (ПУТ) — это не просто угольная пыль. Это высокоточный инструмент регулирования теплового состояния горна. Суть проста: мы замещаем дорогой, дефицитный кокс более дешевым углем. Но инерция процесса здесь — часы, а не минуты. Ошибка на старте вдувания может посадить печь на «холодный ход» на неделю. Поэтому давайте разберем, как это делается правильно, без соплей и маркетинга.

Технологическая анатомия установки: от размола до фурмы

Друзья, запомните главное: установка ПУТ — это не мельница у печи. Это сложный трехзвенный тракт. Первое звено — отделение приготовления пыли (микронайзер). Мы используем валковые или шаровые мельницы. Критический параметр здесь — тонина помола. Не менее 80% частиц должны проходить через сито 200 mesh (0,074 мм). Если пыль крупнее — она не успеет сгореть в фурменном очаге, выпадет в шлак, и вся затея пойдет насмарку. Я видел, как при помоле 60% через 200 mesh расход кокса не снижался, а рос.

Второй этап — транспортировка. Никакого пневмотранспорта с высокой концентрацией (плотная фаза) вы не изобретете, если у вас сырая пыль. Влага в ПУТ — враг номер один. Влажность более 1% приводит к слипанию частиц в бункере, «зависаниям» и пульсациям подачи. Мы сушим уголь в мельнице горячим азотом или отходящими газами, чтобы точка росы была ниже температуры в бункере. Иначе — здравствуй, пробкообразование в трубопроводах.

Третье звено — вдувание непосредственно в фурмы. Здесь работает дозирующая система (барабанный или камерный питатель) и распределительное устройство. Каждая фурма должна получать строго одинаковое количество пыли. Перекос по фурмам ±5% — это катастрофа. Одна фурма перегревается, другая «холодит» центр печи. Мы используем многофазные ланцеты, где ПУТ смешивается с технологическим кислородом прямо на входе в фурму. Это дает резкое воспламенение и снижает тепловые нагрузки на чугунную летку.

Режимы вдувания: как не посадить печь на «голодный паек»

Не лезьте с высокими расходами ПУТ (более 150 кг/т чугуна) на первой неделе внедрения. Это классическая ошибка «варягов». Печь — инерционная система. Кокс и железорудное сырье (агломерат, окатыши) должны быть стабилизированы. Если вы резко увеличите расход ПУТ, снизится температура фурменного очага, и чугун пойдет жидким, холодным. Придется сыпать кварцит в шихту для шлакообразования, а это — потеря производительности.

Мой рецепт — пологий старт. Начинаем с 30-40 кг/т ПУТ, держим неделю. Смотрим на проницаемость столба шихты (перепады давления). Если газодинамика стабильна — прибавляем по 10-15 кг/т каждые 2-3 дня. Максимум, что я видел стабильно работающее на обычном угле — 170 кг/т. На качественном коксующемся угле с высокой калорийностью (более 7000 ккал/кг) можно выйти на 200 кг/т, но это ювелирная работа. Кокс при этом мы снижаем с 450 до 320-330 кг/т. Экономия — 25% на коксе.

Контролируем «полет» через тепловые индикаторы. Температура чугуна на выпуске должна быть выше 1480°C. Как только она падает до 1440°C — стоп. Значит, вы «перелегли» с ПУТ, и коксовая насадка в печи перестала нормально работать. Или у вас ухудшилась компенсация калорийности ПУТ (нужно добавлять тепло на дутье — нагрев ПУТ или обогащение дутья кислородом).

Борьба с настылями и проблемами фурменной зоны

Самая дикая вещь, которую я видел на объектах, где ПУТ внедряли «шапкозакидательски» — это зарастание фурменных каналов настылями. ПУТ, особенно высокозольный, содержит много оксидов (SiO2, Al2O3). При сгорании угля эти оксиды конденсируются на холодных частях фурменного прибора. Образуется кольцевой настыль — «бублик». Фурма начинает работать как форсунка с забитым соплом, вдув становится неравномерным, и мы получаем локальные перегревы кожуха печи.

Решение тут только одно — химия шихты. Мы корректируем основность шлака, добавляя MgO (доломит) или снижая содержание оксидов алюминия в агломерате. Если настыль уже есть — только выжигание кислородными фурмами (ручной прожог с риском для персонала) или замена фурм. Поэтому я всегда требую: зольность ПУТ не выше 12%, а содержание кремния в угле — низкое. Иначе мы спускаем полученную экономию кокса на ремонт оборудования.

Из реального случая: на одной печи на севере решили сэкономить и купили уголь с зольностью 18%. Через три недели расход кокса вырос на 15% — настыли в горне мешали газопроходу. Пришлось резать выпускные каналы шпуровыми отверстиями. Больше я с такой экономией не связываюсь. Топливо должно быть подготовлено — мы его чистим магнитной сепарацией от металла и гравитацией от породы.

Блок частых ошибок при внедрении ПУТ

• Скачкообразный выход на режим (сразу >100 кг/т). Последствия: холодный чугун, забитые фурмы, потеря производительности на 1-2 недели. Выход: пологий старт с ростом 15 кг/т в 3-4 дня.
• Пренебрежение влагой и тониной помола (влага >1.5%, тонина <70% через 200 mesh). Последствия: слипание пыли в бункере, пульсации подачи, неполное сгорание в фурменном очаге. Выход: сушилка-мельница с сепаратором, контроль точки росы.
• Игнорирование перекоса по фурмам (неравномерная подача более ±5%). Последствия: локальные перегревы холодильников печи, прогары кожуха. Выход: аттестация питателей, калькуляция расхода по каждой фурме через тепловые пары.
• Использование высокозольного или сернистого угля (зола >14%, сера >0.8%). Последствия: настыли на фурменных устройствах, выпадение шлаковых включений в чугун, ухудшение десульфурации. Выход: входной контроль кокса, усреднение на складе.
• Работа без автоматики баланса дутья (нет компенсации по кислороду). Последствия: увеличение количества отходящих газов, потеря тепла. Выход: внедрить систему автоматического обогащения дутья до 24-26% O2 при росте расхода ПУТ.
• Игнорирование конденсата в системе транспорта. Последствия: образование ледяных пробок в линиях ПУТ зимой, «залповые» выбросы пыли. Выход: подогрев бункеров и трубопроводов, осушка транспортирующего газа (азота или воздуха).

Стоит также упомянуть следующие важные понятия: вдувание ПУТ в горн доменной печи, оптимизация расхода кокса в доменном процессе, замещение дорогостоящего кокса угольной пылью, модернизация фурменного очага, экономия кокса за счет увеличения температуры дутья, снижение себестоимости чугуна, стабилизация теплового режима плавки, повышение экологичности выплавки чугуна, технология вдувания угольной пыли с высокой летучестью и мониторинг гранулометрического состава ПУТ.

Каковы основные технические требования к коксу при переходе на технологию вдувания ПУТ?

Для эффективной работы установки ПУТ требуется кокс с повышенной прочностью (CSR > 60%, CRI < 25%) и стабильным гранулометрическим составом. Снижается доля металлургического кокса в шихте, но его качество должно быть выше, так как он выполняет роль газораспределителя и каркаса столба шихты. Рекомендуется обеспечивать долю кусков кокса крупностью 40-60 мм не менее 80%.

Какой максимальный коэффициент замены кокса реально достижим при внедрении ПУТ?

На современных доменных печах с качественной подготовкой угольной пыли и оптимизацией дутьевого режима коэффициент замены (КЗ) составляет 0,85–1,0 кг кокса на 1 кг вдутого угля. Однако на начальном этапе внедрения (первые 6-12 месяцев) типичным считается КЗ 0,75–0,85. Ключевые факторы: зольность угля (< 9%), его летучие вещества (20-35%) и тонкость помола (более 80% частиц < 74 мкм).

Какие риски возникают при резком увеличении расхода ПУТ (более 150 кг/т чугуна)?

Основные риски связаны с ухудшением газодинамики печи: возрастает перепад давления, возможна «подсадка» шихты из-за избытка мелочи в центре печи. Также повышается вероятность шлакоуноса и снижения температуры фурменной зоны, что вызывает необходимость компенсации повышенным нагревом дутья (до 1200-1250°C). Для предотвращения этих проблем требуется синхронное снижение расхода природного газа и контроль вязкости шлака.

Влияет ли способ подачи ПУТ (боковые/нижние фурмы) на эффективность сгорания?

Да, выбор схемы фурм критичен. Симметричная подача через боковые фурмы (рекомендуется для печей объемом до 2000 м³) обеспечивает равномерное распределение угольной пыли по окружности, но требует высокой точности дозирования (погрешность < 1%). Для сверхмощных печей (> 3000 м³) часто используют нижнюю кольцевую подачу, которая снижает абразивный износ фурм, но усложняет контроль полноты сгорания. Оптимальная скорость вдува в фурму — 35-55 м/с при давлении до 4,5 бар.

Как изменяется состав колошникового газа после запуска ПУТ, и как это контролируется?

При переходе на ПУТ наблюдается рост содержания CO (до 25-28%) и снижение H₂ (на 2-4% относительно природного газа). Повышается степень прямого восстановления железа. Система автоматизации должна непрерывно мониторить отношение CO/CO₂ (оптимально — 2,2-2,5) и концентрацию азота для расчета кислородного потенциала. Рекомендуется установка газоанализаторов на основе ИК-спектрометрии с ПЛК-контролем для корректировки расхода дутья и угля в режиме реального времени.