Контролируемые параметры процесса

Состояние шлаковой ванны и, соответственно, протекание основ­ных реакций, в значительной степени, определяется температурой шлака, содержанием в нем восстановимых в процессе оксидов, в первую очередь, оксидов железа и содержанием угольных частиц.

Температура шлаковой ванны составляет, как правило, 1350- 1550 °С. На температуру процесса влияют потоки загружаемых мате­риалов, характеристики дутья, разрежение в реакторе, гидродинами­ка шлаковой ванны и свойства шлака Температура отходящих газов изменяется от -1200 °С при газификации до -1800 °С и более при полном дожигании.

Прямое измерение температуры расплава в шлаковой ванне в силу конструктивных особенностей реактора оказалось достаточно слож­ным.

Так как металл и шлак попадают из реактора в сифоны со значи­тельным запаздыванием, которое может составлять, несколько часов, температуру в зоне барботажа можно оценивать по температуре шлака на выпуске в желобе весьма приблизительно. Измерение температу­ры шлаковой ванны сверху традиционным погружным термометром непосредственно в реакторе также практически невозможно из-за фонтанирования шлаковой ванны и, по существу, отсутствия сплош­ного слоя расплава, а также из-за больших ударных динамических на­грузок на термометр. Оптическое измерение температуры шлаковой ванны сверху также невозможно из-за непрозрачности надслоевого пространства в зоне дожигания

Однако между температурой расплава в реакторе и величиной тепловою потока через ограждающую стенку существует линейная зависимость в широком интервале температур. Величина теплово­го потока через водоохлаждаемые элементы в зоне барботируемого шлака может быть достаточно точно определена по расходу и разнице температуры воды на входе и выходе охлаждаемого элемента.

Для определения связи между температурой шлакового расплава и величиной теплового потока через водоохлаждаемые с гены про­вели прямые измерения температуры расплава в зоне барботажа при основности шлака ~1,0 и содержании в шлаке 2,0-2,5 % FeO с одно­временным определением теплового потока на водоохлаждаемые сте­ны печи Была получена следующая зависимость [11]:

Рисунок 20 1 Схема измерения температуры ипакового растава ! - термопара 2- защитный ко тачок, 3 - водоохлаждаемая гочовка фурмы, 4 - во- доохчаждаемый j іемент печи 5 - стержень с наконечником б - иыаковыи гарнисаж

Эта формула позволяет рассчитывать температуру шлакового рас­плава в реакционной зоне при известных коэффициенте теплоотдачи, температуре плавления шлака и тепловом потоке на водоохлаждае­мые элементы.

Поскольку коэффициент теплоотдачи и температура плавления шлака мало изменяются при работе на однотипном сырье относи­тельно стабильного состава, достаточно для каждого конкретного технологического режима провести разовые прямые измерения тем­пературы описанным выше способом, чтобы, используя полученные данные о коэффициенте теплоотдачи и температуре плавления шлака, достаточно точно контролировать температуру в реакторе по величи­не тепловых потоков через водоохлаждаемые элементы, расположен­ные ниже уровня расплава.

Содержание оксидов железа в шлаке, как правило, составляет 0,5-4 %. Железоуглеродистый расплав, образующийся при вос­становлении оксидов железа содержащихся в золе угля или при восстановлении специально подаваемых железосодержащих мате­риалов, располагается на подине реактора-газификатора.

Надежных средств непрерывного контроля содержания оксидов железа в барботируемом шлаке в настоящее время нет Поэтому кон­троль осуществляется путем проведения химического анализа отби­раемых из рабочего пространства проб шлака.

Как правило, время запаздывания данных химического анализа проб шлака на содержание в них оксидов железа составляет около 0,5 часа, кроме того, эти пробы, как правило, отбираются с периодич­ностью 1 раз в час, т.е. запаздывание может составлять около 1,5 ча­сов. Такое запаздывание ухудшает управляемость процессом, так как в ряде случаев содержание оксидов железа в шлаке может изменяться достаточно быстро.

Перспективным направлением непрерывного контроля содержа­ния оксидов железа в шлаке является измерение индуктивного конту­ра электрод - шлаковая ванна - кожух реактора. Этот способ контроля находится в стадии разработки.

Содержание угольных частиц в верхней зоне барботируемого шла­ка толщиной около - 0,2-0,3 м составляет 1-12 % масс, (обычно 3-10 % масс). При таком содержании угольных частиц в верхней части барбо­тируемого шлака общее количество угольных частиц в печи с площа­дью рабочего сечения 20 м2 составляет примерно 750-1200 кг.

Способов прямого измерения содержания угольных частиц в шла­ке в настоящее время, кроме отбора проб из рабочего пространства с закалкой и последующим их анализом, не существует.

Несмотря на то, что прямое измерение основных параметров про­цесса связано с техническими трудностями, имеется достаточно кон­тролируемых параметров, которые обеспечивают надежное управле­ние процессом.

В первую и основную группу контролируемых параметров процес­са можно объединить характеристики теплового состояния реактора, котла-охладителя газов и газоотводящего тракта.

Измеряются температура воды, подаваемой на охлаждение, темпе­ратура воды на сливе каждого охлаждаемого элемента, температура газов в нескольких точках газоотводящего тракта, температура метал­ла и шлака на выпускных желобах.

Важнейшими тепловыми параметрами являются тепловые пото­ки через охлаждаемые элементы реактора, которые определяются по разности температуры воды на входе и выходе охлаждаемого элемен­та и ее расходу, и температура отходящих газов. Как правило, для кон­троля теплового состояния используются данные о тепловых потоках через охлаждаемые элементы, расположенные ниже уровня расплава и в зоне дожигания, т.е. выше уровня шлакового расплава, которые, соответственно, характеризуют температуру шлаковой ванны и зоны дожигания. Точность измерения температуры воды, подаваемой на охлаждение, и температуры воды на сливе каждого охлаждаемого элемента реактора должна быть на уровне ± 0,1 °С. В качестве допол­нительных тепловых параметров используются: температура металла и шлака на выпуске из реактора, теплосъем с котла и температура фу­теровки в различных ее точках

Измерение тепловых параметров процесса осуществляется наи­более быстро (за исключением температуры футеровки) и поэтому управление процессом строится в первую очередь на этих данных Особенно важна температура отходящих газов, так как по ее измене­нию можно наиболее быстро судить об изменении физико-химических процессов в реакторе

Во вторую группу параметров входят данные о химическом соста­ве металла и шлака на выпуске из реактора, а также шлака, отобран­ного непосредственно из рабочего пространства

Данные о химическом составе металла мало используются для оперативного управления процессом, так как содержание углерода в металле достаточно стабильно, содержание в нем фосфора, серы, кремния, марганца и других примесей определяется содержанием этих элементов в шихтовых материалах и температурой, то есть пер­вой группой параметров.

Для управления процессом используются данные об основности шлака (CaO/Si02) и содержании в нем оксидов железа Изменение основности шлака медленный процесс. Существенное изменение основности может произойти только в течение нескольких часов Данные об основности шлака служат для корректировки загрузки флюса. Основность шлака для процесса важна, в основном, с точки зрения контроля его физических свойств (вязкости, температурного интервала плавления и т. д.) Качественный контроль изменения со­держания оксидов железа в шлаке может оперативно осуществляться по внешнему виду отобранных из реактора проб шлака.

В третью группу параметров процесса объединены данные о хи­мическом составе отходящих газов.

Как правило, анализируется содержание в отходящих из реакто­ра газах СО, С02, Н2, N2 и 02. Содержание в отходящих газах Н20 и объем газов в настоящее время не определяются. Сведения о со­ставе отходящих газов используются для подтверждения данных о технологическом процессе, полученных на основе изменения тепло­вого состояния реактора. При организации на промышленных уста­новках непрерывного измерения объема газов и содержания в них паров воды, в дополнение к измеряемым компонентам, существует реальная возможность контроля и управления процессом путем рас­чета его параметров на основе данных о составе и объеме отходя­щих газов.

Важнейшей характеристикой процесса является степень дожи­гания газов в реакторе. Под степенью дожигания понимают отно­шение (С02+Н20)/(С02+Н20+С0+Н2) в газах. Дожигание газов над

ванной производится для поддержания ее теплового баланса Чем более высокого качества уголь используется, тем меньше нужно до­жигать газы над ванной. В ряде случаев необходимо охлаждение шлаковой ванны, которое может осуществляться добавками оксид­ных железосодержащих материалов или подачей вместе в дутьем воды. В качестве показателя степени дожигания газов используют отношение С02/(С02+С0)

20.2.