Обогащенном кислородом

В Институте высоких температур АН СССР созданы две опытные МГД-установки; УО-2 проектной мощностью 200 кВт и У-25 проектной мощностью 20,4 МВт. Последняя установка в течение 250 ч развивала мощность 10 МВт. В настоящее время в Рязани начато сооружение энергетического МГД блока мощностью 500 МВт. Основные трудности, стоящие на пути создания МГД-электростанций, заключаются в необходимости подогрева окислителя (обогащенного кислородом воздуха) до высокой (2200 К) температуры, а также в необходимости иметь весьма жаропрочные, работающие при высоких температурах электроды, обладающие в то же время хорошей электропроводностью. Большие трудности связаны также с решением вопроса улавливания ионизирующих присадок.

В медеплавильном производстве технический прогресс приводит к снижению выхода и возможного использования ВЭР. В то же время в /процессе обжига медных руд и концентратов возможно незначительное повышение показателей выхода ВЭР за счет применения обогащенного кислородом дутья.

При конвертерных процессах С. получают в конвертерах емкостью от 0,5 до 60—100 т путем окисления жидкого чугуна кислородом сжатого воздуха (обычного атмосферного или обогащенного кислородом), вдуваемого в металл через отверстия в днище или стенке конвертера, либо при помощи сопла, вводимого через горловину конвертера с глухим днищем. Футеровка конвертера может быть кислой (из динасового кирпича), и тогда имеет место т. н. бессемеровский процесс, или основной (из доломитового кирпича) — т. н. томасовский процесс.

Всесторонне изучив теорию и практику конверторного процесса, Чернов горячо поддержал специалистов, доказывавших целесообразность использования кислорода для интенсификации процесса выплавки стали в конверторе. В докладе Русскому техническому обществу в 1876 г. Чернов подчеркивал исключительную эффективность применения обогащенного кислородом воздуха для продувки жидкого чугуна в конверторе. «Это должно значительно возвысить температуру металла, а с другой стороны,— сократить время процесса и уменьшить расход на движущую силу, так как воздуходувная машина может быть тогда уменьшена пропорционально количеству примешиваемого кислорода» 21.

Первые эксперименты по применению дутья, обогащенного кислородом, были проведены на бельгийском заводе Угре-Мари в 1913 г. Небольшая доменная печь этого завода при работе на дутье, содержащем 23% кислорода, дала на 12% больше чугуна и показала экономию топлива на 2,5—3%. В 20-е годы в ряде стран были проведены теоретические расчеты, связанные с применением кислорода в черной металлургии. Специальная комиссия Горного бюро США установила, что повышение концентрации кислорода в дутье до 31 % повысит производительность доменной печи на 18 % и снизит расход топлива на 6,7 %. Однако в то время кислород не получил в металлургии практического применения. Вместе с тем рассматриваемый период дал ряд научно обоснованных рекомендаций и выводов. Систематическая работа в этом направлении в последующие годы привела к широкому внедрению кислорода, революционизировавшего основные технологические процессы в черной металлургии.

Применение дутья, обогащенного кислородом, повышает все показатели ваграночного процесса: повышает температуру чугуна на 3—6° С на каждый 1 м3 кислорода, введенного на 1 г чугуна (температура чугуна, ;вы-ходящего из вагранки, поднимается до 1 450°С и выше), производительность печи может быть увеличена более чем в 2 раза и т. д. Однако в настоящее время кислород используется главным образом для других, более первоочередных целей, поэтому обогащение дутья кислородом в ваграночном процессе возможно лишь при особо благоприятных для этого условиях и при рационализации вагранок следует применять прежде всего ранее рекомендованные мероприятия.

Шахтные печи распространены и в других отраслях промышленности. В производстве цементного клинкера увеличение их производительности достигается подбором высококачественного топлива, запрессовкой его в сырьевые брикеты, обогащением дутья кислородом. Так при вводе дутья, обогащенного кислородом до содержания 27,7%, производительность шахтной печи Амвросиевско-го цементного завода повысилась на '/з при экономии топлива 16%.

Последним средством повышения температуры факела в топке является применение воздуха, обогащенного кислородом. Этим способом удается снизить азотный балласт в воздухе и уменьшить количество продуктов горения, образующихся в топке. Уменьшение количества продуктов горения приводит к повышению температуры, так как тепло, выделенное при горении угля, распределяется между меньшим количеством молекул. Более высокие температу-

Использование обогащенного кислородом воздуха не получило в настоящее время большого распространения, так как пока еще сжигается высококалорийное топливо, и нужные температуры факела в топке можно получить, применяя подогретый атмосферный воздух. Применение обогащенного дутья станет необходимым в будущем, когда будут сжигаться топлива с пониженной теплотворной способностью.

694. В а р т а н я н А. М. и др., Промышленное применение воздуха, обогащенного кислородом, для обжига сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя на Усть-Каменогорском свинцо-во-цинковом комбинате им. В. И. Ленина, «Цветные металлы», 1962, № 8.

143. Скачков Б. И., Обжиг цинковых концентратов в кипящем слое в среде воздуха, обогащенного кислородом, «Цвет, мет.», 1958, № 2.

Внимание Павлова не могла не привлечь одна из крупнейших проблем металлургии двух последних десятилетий — выплавка металлов на дутье, обогащенном кислородом. Он был большим энтузиастом нового технологического процесса. Еще до Великой Отечественной войны он осуществил ряд экспериментальных работ по использованию кислорода в доменной плавке. Много сил отдал Павлов экспериментальным исследованиям по внедрению кислорода в металлургию, теоретической разработке новых процессов, широкой .пропаганде их среди металлургов. Вместе с другим замечательным советским металлургом И. П. Бардиным Павлов, их ученики и последователи буквально выпестовали эти важнейшие процессы современной металлургии.

В начале 50-х годов наметился переход к комплексной автоматизации доменных и мартеновских печей, в частности печей, работающих на обогащенном кислородом дутье (на доменных печах: подъем скипов, подача кокса, увлажнение, блокировка работы всех узлов; на мартеновских печах: регулирование распределения продуктов горения между газовыми и воздушными регенераторами, подача топлива по температуре свода или верха насадок регенераторов, регулирование соотношения жидкое топливо—воздух и т. д.).

вич и Б. Л. Лазарев, Выплавка передельного чугуна на дутье, обогащенном кислородом, Сталь, 1957, № 8.

С целью проверки возможности увеличения производительности двухступенчатого циклона и повышения температуры перегрева расплавленных мартеновских шлаков был поставлен эксперимент при обогащенном кислородом дутье. Содержание кислорода в воздухе составляло около 30% (с колебаниями ±2%). Шихта подавалась с часовой производительностью 450 кг при удельном расходе топлива 0,265 кг/кг. Температура вытекающего расплава в этих опытах достигала 1600° С, что при воздушном дутье удавалось получить только при удельных расходах топлива, достигавших 0,5—0,6 кг/кг шихты.

3) на процесс горения газообразного топлива под давлением Р = 2 -н 5 ата на воздухе, обогащенном кислородом (Ро2 = 23,2-f-50%).

Большой экспериментальный материал по горению жидких и газообразных топлив в охлаждаемых камерах сгорания позволяет утверждать, что в процессах на обогащенном кислородом окислителе максимальные температуры достигают 2200 ч-2300° К. Суммарная константа скорости реакции К$ = Ki будет в 1,5 раза выше, чем при температурах на воздушном дутье, когда максимальные температуры достигают 1850 ч- 1900° К.

на обогащенном кислородом окислителе (Ро2 = 0,464 и аОг = 1,02)

предварительно подогретом и обогащенном кислородом.

Во-вторых, для комплексных математических моделей, занимающих большой объем памяти ЭЦВМ и требующих значительных затрат машинного времени, методические постановки должны обязательно рационально соответствовать возможностям их реализации на конкретных ЭЦВМ. В этом отношении полезен, например, отказ от излишне универсальных моделей и переход к более специализированным. В противном случае, как показывает опыт, накопленный в СЭИ СО АН СССР, возникают неоправданные трудности в программировании, перегрузка памяти ЭЦВМ ж значительно увеличивается расход машинного времени. В соответствии с высказанными замечаниями авторы исходили из конкретных предпосылок разработки первоочередных промышленных МГД-генераторов открытого цикла; поэтому в модель введены некоторые методические ограничения и фиксирован ряд исходных положений. Например, рассматриваются только дозвуковые скорости рабочего тела в канале МГД-генератора и сделано допущение о равновесном характере протекания химических процессов в низкотемпературной плазме. В качестве перспектив-лого рабочего тела рассматривается плазма продуктов сгорания углеводородного горючего в воздухе, обогащенном кислородом, с присадкой соединений калия. При описании процессов преобразования энергии принята одномерная теория, получившая к настоящему времени хорошее экспериментальное подтверждение. Разработанная модель может быть реализована только на ЭЦВМ среднего и высокого класса (типа БЭСМ-4 и БЭСМ-6). Несмотря на принятые допущения и ограничения, составленная программа (на машинном языке) занимает, например, всю оперативную память ЭЦВМ БЭСМ-4.

1. При сжигании топлива в воздухе, обогащенном кислородом (ав = 0,5 и ао2 = 0,8 -ь 1,07), была получена концентрация окислов азота 2,25% объемн., т. е. близкая к расчетной для данного режима.

Мощности ГУБТ даже при минимальном подогреве газа перед ними (около 100° С) получаются значительными, например до 20—25 МВт при ДП объемом 5000—5500 м3, что составляет около половины мощности доменного турбокомпрессора (см. рис. 3.2). Объясняется это тем, что объем доменного газа V, значительно превышает объем дутья Кд. Так, при атмосферном дутье отношение 1/г/]/д= 1,3 ч-1,4, а при дутье, обогащенном кислородом до 35%, Уг/Кд«1,5. Превышение объема газа происходит в основном из-за того, что при сгорании твердого углерода с образованием СО из одного моля кислорода дутья образуются два моля СО. Расчеты показывают, что если при сухой тонкой газоочистке температура газа перед ГУБТ составит около 350° С (как на выходе из некоторых печей), то при обогащении дутья кислородом до 35% О2 мощность ГУБТ станет равной мощности доменного турбокомпрессора, т. е. в этом случае для подачи в печь дутья не потребуется энергия со стороны.